JP2011244191A - Drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置に搭載されるスイッチングデバイスの駆動装置に関するもので、特に、スイッチングデバイスのオフ期間中に制御端子に容量性の電流が流れるスイッチングデバイスを駆動するための駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a driving device for a switching device mounted on a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a driving device for driving a switching device in which a capacitive current flows in a control terminal during an off period of the switching device. It is.
図4に、従来のスイッチングデバイスの駆動回路を用いた高圧半ブリッジ回路を示す。尚、このような従来の駆動装置は、特許文献1に記載されている。
FIG. 4 shows a high-voltage half-bridge circuit using a conventional switching device drive circuit. Such a conventional driving apparatus is described in
この半ブリッジ回路では、高圧半ブリツジ回路の下側トランジスタT2を駆動するための下側駆動回路DLと、上側トランジスタT1を駆動するための上側駆動回路DUとを有し、これらの上側及び下側駆動回路DLとDUが、各トランジスタT1,T2をタ−ン・オン/タ−ン・オフさせるとともにトランジスタの制御端子からの容量性電流をシンクさせる第1段のSW0及び第2段のシンクトランジスタM1を有する。そして前記シンクトランジスタM1により、前記トランジスタT1とT2のうちの一方のトランジスタが前記の容量性電流により不所望にタ−ン・オンさせられるのを防止し、且つ、前記半ブリッジ回路の出力電圧変動の値を重大な電磁障害が発生するような高レベルに上昇させないようにする。これによりシュート・スルーを防止し、電磁障害レベルを最小にすることができるという効果がある。 This half-bridge circuit has a lower drive circuit DL for driving the lower transistor T2 of the high-voltage half-bridge circuit, and an upper drive circuit DU for driving the upper transistor T1. The driving circuits DL and DU turn on / off the transistors T1 and T2 and sink the capacitive current from the transistor control terminal and the second stage sink transistor. Has M1. The sink transistor M1 prevents one of the transistors T1 and T2 from being turned on undesirably by the capacitive current, and the output voltage fluctuation of the half-bridge circuit. Do not raise the value to a high level that could cause serious electromagnetic interference. This has the effect of preventing shoot-through and minimizing the electromagnetic interference level.
以下にその説明を行うがその前に、図5A,図5B,図6A,図6Bを用いて半ブリッジ回路のシュート・スルーについての説明をする。シュート・スルーとは、前記半ブリッジ回路の上側トランジスタT1と下側トランジスタT2とが同時にオン動作をしてT1に接続される上側電源(VM)とT2に接続される下側電源(GND)間に大電流が流れる事で、本説明では、別名称として貫通状態とも示す。また本説明では、前記のT1とT2を通して前記VMと前記GND間に流れる大電流の事を貫通電流と示す。 Before that, the shoot-through of the half-bridge circuit will be described with reference to FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B. Shoot-through is between the upper power supply (VM) connected to T1 and the lower power supply (GND) connected to T2 when the upper transistor T1 and the lower transistor T2 of the half-bridge circuit are simultaneously turned on. In this description, a through current state is also shown as another name because a large current flows through. In this description, a large current flowing between the VM and the GND through the T1 and T2 is referred to as a through current.
最初に図5A,図5Bを用いて半ブリッジ回路のOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合のシュート・スルーが発生する要因について説明する。
図5A,図5Bは半ブリッジ回路の出力であるOUT端子から負荷電流をソース出力する場合の動作説明のための図で、この図5A,図5Bでは、動作状態を説明するために、各ブロックと各ブロックの入出力信号とOUT端子に接続される負荷の接続状態と負荷電流の流れとを示すブロック図と、前記の各入力信号と出力信号と負荷電流のタイミング波形図とを含んでいる。
First, the cause of the shoot-through when the load current is output from the OUT terminal output of the half-bridge circuit will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the operation when the load current is output from the OUT terminal which is the output of the half-bridge circuit. In FIGS. 5A and 5B, each block is shown to explain the operation state. And a block diagram showing a connection state of the load connected to the OUT terminal, an input / output signal of each block, and a load current flow, and a timing waveform diagram of each input signal, output signal, and load current. .
また前記図5Aのブロック図は前記図4の従来発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路とほぼ同じものであるが、図5Aのブロック図ではシュート・スルーの説明に不必要なブロックは省略している。 The block diagram of FIG. 5A is almost the same as the half-bridge circuit using the drive circuit of the conventional invention of FIG. 4. However, in the block diagram of FIG. 5A, blocks unnecessary for explanation of shoot-through are omitted. ing.
また、前記図5Bのタイミング波形図を描く上で、上側駆動回路DUと下側駆動回路DLは、電流能力が十分にあり、且つ、OUT端子の出力電圧のスルーレートを制御できるように電流値を制御できる能力があると仮定してタイミング波形図を描いている。これはスイッチングデバイスである上側トランジスタT1と下側トランジスタT2の制御端子である各ゲート端子の各ゲート電流IGU、IGLの動きを説明しやすくする為に設定した仮定である。現実的にはこのような仮定はありえず、その為に特許文献1に記載されているような従来技術の駆動回路が考案されている。
Further, in drawing the timing waveform diagram of FIG. 5B, the upper drive circuit DU and the lower drive circuit DL have sufficient current capability and can control the slew rate of the output voltage at the OUT terminal. The timing waveform diagram is drawn on the assumption that there is an ability to control. This is an assumption set to facilitate the explanation of the movement of the gate currents IGU and IGL at the gate terminals which are the control terminals of the upper transistor T1 and the lower transistor T2 which are switching devices. In reality, such an assumption cannot be made, and for this purpose, a conventional driving circuit as described in
半ブリッジ回路が周期性のある入力信号の駆動信号を受けてOUT端子出力から負荷電流をソース出力するまでの半ブリッジ回路の一連の周期的動作は、図5Aのブロック図と図5Bのタイミング波形図に図示されている。これにより、前記の周期性のある駆動信号から、OUT端子の出力電圧OUTおよび負荷電流がどのように作用を受け出力されるかは理解できるので、この点に関する説明は割愛する。 The series of periodic operations of the half-bridge circuit from when the half-bridge circuit receives the drive signal of the periodic input signal to the source output of the load current from the OUT terminal output is the block diagram of FIG. 5A and the timing waveform of FIG. 5B. It is illustrated in the figure. As a result, it can be understood how the output voltage OUT and the load current of the OUT terminal are acted on and output from the drive signal having the periodicity, and the description on this point is omitted.
前記トランジスタT1とT2間でシュート・スルー(貫通状態)が発生する要因についての説明には、半ブリッジ回路の一連の周期動作において、前記ゲート電流IGU、IGLについての説明が必要である。この点について下記に説明する。 In order to explain the cause of the shoot-through (penetration state) between the transistors T1 and T2, the gate currents IGU and IGL need to be explained in a series of periodic operations of the half-bridge circuit. This point will be described below.
まず図5Aのブロック図の上側トランジスタT1のゲート電流IGUについて説明する。
図5Bのタイミング波形図で(e)に示されるゲート電流IGUは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち上りエッジから遅延時間DTだけ遅延された信号GUDの立ち上りエッジにより、上側駆動回路DUが上側トランジスタT1のゲート電圧GUをHレベルにする為に、前記トランジスタT1のゲート端子へソース出力した電流である。半ブリッジ回路がOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合は、前記トランジスタT1がOUT出力を駆動するので、このゲート電流値とトランジスタT1のゲート/ドレイン間の容量CT1の容量値とで、OUT端子出力電圧の立ち上りスルーレートが決まる。
First, the gate current IGU of the upper transistor T1 in the block diagram of FIG. 5A will be described.
The gate current IGU shown in FIG. 5B in the timing waveform diagram of FIG. 5B is generated by the upper drive circuit DU by the upper transistor T1 due to the rising edge of the signal GUD delayed by the delay time DT from the rising edge of the driving signal of the half-bridge circuit. The current output to the gate terminal of the transistor T1 in order to set the gate voltage GU of the transistor to H level. When the half-bridge circuit sources the load current from the OUT terminal output, the transistor T1 drives the OUT output, so that the gate current value and the capacitance value of the capacitance CT1 between the gate and drain of the transistor T1 The rising slew rate of the terminal output voltage is determined.
同じくタイミング波形図で(f)に示されるゲート電流IGUは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち下りエッジから遅延時間DTだけ遅延された信号GUDの立ち下りエッジにより、上側駆動回路DUが上側トランジスタT1のゲート電圧GUをLレベルにする為に、前記トランジスタT1のゲート端子から吸い込む電流である。半ブリッジ回路が前記のOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合は、前記トランジスタT1がOUT出力を駆動するので、このゲート電流値とトランジスタT1のゲート/ドレイン間の容量CT1の容量値とで、OUT端子出力電圧の立ち下りスルーレートが決まる。 Similarly, the gate current IGU shown in (f) of the timing waveform diagram is generated by the upper drive circuit DU by the upper transistor T1 due to the falling edge of the signal GUD delayed by the delay time DT from the falling edge of the driving signal of the half-bridge circuit. Current to be sucked from the gate terminal of the transistor T1 in order to set the gate voltage GU of the transistor T1 to L level. When the half-bridge circuit sources the load current from the OUT terminal output, the transistor T1 drives the OUT output. Therefore, the gate current value and the capacitance value of the capacitor CT1 between the gate and drain of the transistor T1 The falling slew rate of the OUT terminal output voltage is determined.
次に、前記図5Aのブロック図に図示された下側トランジスタT2のゲート電流IGLについて説明する。
図5Bのタイミング波形図で(a)に示されるゲート電流IGLは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち上りエッジに応じてHレベルからLレベルに立ち下がる信号GLDにより、下側駆動回路DLが下側トランジスタT2のゲート電圧GLをLレベルにする為に前記トランジスタT2のゲート端子から吸い込む電流である。
Next, the gate current IGL of the lower transistor T2 shown in the block diagram of FIG. 5A will be described.
The gate current IGL shown in FIG. 5A in the timing waveform diagram of FIG. 5B is driven by the lower drive circuit DL on the lower side by the signal GLD falling from the H level to the L level in response to the rising edge of the drive signal of the half bridge circuit. This current is drawn from the gate terminal of the transistor T2 in order to set the gate voltage GL of the transistor T2 to L level.
同じくタイミング波形図で(b)のゲート電流IGLは、前記トランジスタT2のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち上る事で、前記トランジスタT2のゲート端子から前記下側駆動回路DLへ流れ込む電流である。この電流は、前記出力電圧OUTの立ち上りスルーレートと前記トランジスタT2のゲート/ドレイン間の容量CT2の容量値によりその電流値が決まる容量性電流である。この電流値に対して下側駆動回路DLのシンク電流能力が低ければ、前記トランジスタT2のゲート電圧GLがHレベル側に振られ、前記トランジスタT1、T2間で貫通電流が流れるシュート・スルーが起こる恐れがある。 Similarly, the gate current IGL in (b) of the timing waveform diagram is a current that flows from the gate terminal of the transistor T2 into the lower drive circuit DL when the output voltage OUT of the OUT terminal rises during the off period of the transistor T2. It is. This current is a capacitive current whose current value is determined by the rising slew rate of the output voltage OUT and the capacitance value of the capacitance CT2 between the gate and drain of the transistor T2. If the sink current capability of the lower drive circuit DL is low with respect to this current value, the gate voltage GL of the transistor T2 is swung to the H level side, and a shoot-through in which a through current flows between the transistors T1 and T2 occurs. There is a fear.
同じくタイミング波形図で(c)のゲート電流IGLは、前記トランジスタT2のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち下る事で、前記下側駆動回路DLから前記トランジスタT2のゲート端子へ流れ込む電流である。この電流は、前記出力電圧OUT立ち下りスルーレートと前記トランジスタT2のゲート/ドレイン間の容量CT2の容量値とによりその電流値が決まる容量性電流である。 この電流値に対して下側駆動回路DLのソース電流能力が低ければ、前記トランジスタT2のゲート電圧GLがGNDレベルより下がるが、その為に前記トランジスタT1とT2間で貫通電流が流れる事はない。 Similarly, in the timing waveform diagram, the gate current IGL of (c) flows from the lower drive circuit DL to the gate terminal of the transistor T2 when the output voltage OUT of the OUT terminal falls during the OFF period of the transistor T2. Current. This current is a capacitive current whose current value is determined by the output voltage OUT falling slew rate and the capacitance value of the capacitance CT2 between the gate and drain of the transistor T2. If the source current capability of the lower drive circuit DL is low with respect to this current value, the gate voltage GL of the transistor T2 will fall below the GND level, but for this reason, no through current will flow between the transistors T1 and T2. .
同じくタイミング波形図で(d)のゲート電流IGLは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち下りエッジから前記遅延時間DTの2倍の時間だけ遅延された信号GLDの立ち上りエッジにより、前記の下側駆動回路DLが前記トランジスタT2のゲート電圧GLをHレベルにする為にソース出力した電流である。 Similarly, in the timing waveform diagram, the gate current IGL of (d) is driven by the lower side by the rising edge of the signal GLD which is delayed from the falling edge of the driving signal of the half-bridge circuit by the time twice the delay time DT. This is a current output by the circuit DL so as to set the gate voltage GL of the transistor T2 to the H level.
次に図6A,図6Bを用いて半ブリッジ回路のOUT端子出力に負荷電流がシンク入力される場合のシュート・スルーが発生する要因について説明する。
図6A,図6Bは半ブリッジ回路の出力であるOUT端子へ負荷電流をシンク入力する場合の動作説明のための図で、この図6A,図6Bでは、前記図5A,図5Bの場合と同様に、動作状態を説明するために、各ブロックと各ブロックの入出力信号とOUT端子に接続される負荷の接続状態と負荷電流の流れとを示すブロック図と、前記の各入出力信号と負荷電流のタイミング波形図とを含んでいる。
Next, the cause of the shoot-through when the load current is sinked to the OUT terminal output of the half-bridge circuit will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
6A and 6B are diagrams for explaining the operation when the load current is sinked to the OUT terminal which is the output of the half-bridge circuit. In FIGS. 6A and 6B, the same as in FIGS. 5A and 5B. In order to explain the operation state, each block, the input / output signal of each block, the connection state of the load connected to the OUT terminal, and the flow of the load current, and each of the input / output signal and load Current timing waveform diagram.
図6Aにおいても前記図5Aと同じ目的で、図4の従来発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路に対しての省略と仮定が施されている。その説明内容は、前記図5Aのところで説明しているので割愛する。 In FIG. 6A, for the same purpose as in FIG. 5A, it is assumed that the half-bridge circuit using the driving circuit of the conventional invention of FIG. 4 is omitted. The contents of the explanation are omitted because they are explained in FIG. 5A.
図5Aの半ブリッジ回路の出力であるOUT端子から負荷電流をソース出力する場合と同様に、トランジスタT1とT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生する要因についての説明には、半ブリッジ回路の一連の周期動作において、前記ゲート電流IGU、IGLについての説明が必要である。この点について下記に説明する。 Similar to the case where the load current is output from the OUT terminal, which is the output of the half-bridge circuit of FIG. 5A, the cause of the shoot-through (through state) of the transistors T1 and T2 is described in the half-bridge circuit. In a series of periodic operations, the gate currents IGU and IGL need to be explained. This point will be described below.
まず前記図6Aのブロック図の下側トランジスタT2のゲート電流IGLについて説明する。図6Bのタイミング波形図で(g)に示されるゲート電流IGLは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち上りエッジに応じてHレベルからLレベルに立ち下がる信号GLDにより、下側駆動回路DLが下側トランジスタT2のゲート電圧GLをLレベルにする為に前記トランジスタT2のゲート端子から吸い込む電流である。半ブリッジ回路がOUT端子出力へ負荷電流をシンク入力する場合は、前記T2がOUT出力を駆動するので、このゲート電流値とT2のゲート/ドレイン間の容量CT2の容量値とで、OUT端子出力電圧の立ち上りスルーレートが決まる。 First, the gate current IGL of the lower transistor T2 in the block diagram of FIG. 6A will be described. The gate current IGL shown in (g) in the timing waveform diagram of FIG. 6B is driven by the lower drive circuit DL on the lower side by the signal GLD falling from the H level to the L level in response to the rising edge of the drive signal of the half bridge circuit. This current is drawn from the gate terminal of the transistor T2 in order to set the gate voltage GL of the transistor T2 to L level. When the half-bridge circuit sinks the load current to the OUT terminal output, the T2 drives the OUT output, so the output of the OUT terminal is determined by this gate current value and the capacitance value of the capacitance CT2 between the gate / drain of T2. The rising slew rate of the voltage is determined.
同じくタイミング波形図で(h)のゲート電流IGLは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち下りエッジから前記遅延時間DTの2倍の時間だけ遅延された信号GLDの立ち上りエッジにより、前記の下側駆動回路DLが前記トランジスタT2のゲート電圧GLをHレベルにする為にソース出力した電流である。半ブリッジ回路が前記のOUT端子出力へ負荷電流をシンク入力する場合は、前記T2がOUT出力を駆動するので、このゲート電流値とT2のゲート/ドレイン間の容量CT2の容量値とで、OUT端子出力電圧の立ち下りスルーレートが決まる。 Similarly, in the timing waveform diagram, the gate current IGL in (h) is driven by the lower side by the rising edge of the signal GLD delayed by a time twice the delay time DT from the falling edge of the driving signal of the half bridge circuit. This is a current output by the circuit DL so as to set the gate voltage GL of the transistor T2 to the H level. When the half-bridge circuit sinks the load current to the OUT terminal output, the T2 drives the OUT output, so that the gate current value and the capacitance value of the capacitance CT2 between the gate and the drain of T2 The falling slew rate of the terminal output voltage is determined.
次に、前記図6Aのブロック図に図示された上側トランジスタT1のゲート電流IGUについて説明する。
図6Bのタイミング波形図で(i)に示されるゲート電流IGUは、前記トランジスタT1のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち上がる事で、前記上側駆動回路DUから前記トランジスタT1のゲート端子へ流れ込む電流である。このゲート電流は、前記出力電圧OUT立ち上りスルーレートと前記トランジスタT1のゲート/ドレイン間容量CT1の容量値とによりその電流値が決まる容量性電流である。 この電流値に対して上側駆動回路DUのソース電流能力が低ければ、前記トランジスタT1のゲート電圧GUとOUT出力電圧の差電圧GU−OUTが0Vより下がるが、その為に前記トランジスタT1とT2間で貫通電流が流れる事はない。
Next, the gate current IGU of the upper transistor T1 shown in the block diagram of FIG. 6A will be described.
The gate current IGU shown in (i) in the timing waveform diagram of FIG. 6B is generated when the output voltage OUT of the OUT terminal rises during the off-period of the transistor T1, thereby causing the gate terminal of the transistor T1 from the upper drive circuit DU. Current flowing into the This gate current is a capacitive current whose current value is determined by the output voltage OUT rising slew rate and the capacitance value of the gate-drain capacitance CT1 of the transistor T1. If the source current capability of the upper drive circuit DU is low with respect to this current value, the differential voltage GU-OUT between the gate voltage GU and the OUT output voltage of the transistor T1 will fall below 0V. Therefore, between the transistors T1 and T2 Through current does not flow.
同じくタイミング波形図で(j)に示されるゲート電流IGUは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち上りエッジから遅延時間DTだけ遅延された信号GUDの立ち上りエッジにより、上側駆動回路DUが上側トランジスタT1のゲート電圧GUをHレベルにする為に、前記トランジスタT1のゲート端子へソース出力した電流である。 Similarly, the gate current IGU shown in (j) in the timing waveform diagram is generated when the upper drive circuit DU gates the upper transistor T1 by the rising edge of the signal GUD delayed by the delay time DT from the rising edge of the driving signal of the half-bridge circuit. This is a current output from the source to the gate terminal of the transistor T1 in order to set the voltage GU to the H level.
同じくタイミング波形図で(k)に示されるゲート電流IGUは、半ブリッジ回路の駆動信号の立ち下りエッジから遅延時間DTだけ遅延された信号GUDの立ち下りエッジにより、上側駆動回路DUが上側トランジスタT1のゲート電圧GUをLレベルにする為に前記トランジスタT1のゲート端子から吸い込む電流である。 Similarly, the gate current IGU indicated by (k) in the timing waveform diagram is generated by the upper drive circuit DU by the upper transistor T1 due to the falling edge of the signal GUD delayed by the delay time DT from the falling edge of the driving signal of the half-bridge circuit. Current to be drawn from the gate terminal of the transistor T1 in order to set the gate voltage GU of the transistor T1 to L level.
同じくタイミング波形図で(l)に示されるゲート電流IGUは、前記トランジスタT1のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち下る事で、前記トランジスタT1のゲート端子から前記下側駆動回路DUへ流れ込む電流である。この電流は、前記出力電圧OUTの立ち上りスルーレートと前記トランジスタT1のゲート/ドレイン間容量CT1の容量値によりその電流値が決まる、容量性電流である。この電流値に対して上側駆動回路DUのシンク電流能力が低ければ、前記トランジスタT1のゲート電圧GUとOUT出力電圧の差電圧GU−OUTがHレベル側に振られ、前記トランジスタT1とT2間で貫通電流が流れるシュート・スルーが起こる恐れがある。 Similarly, the gate current IGU shown in (1) in the timing waveform diagram is generated when the output voltage OUT of the OUT terminal falls during the OFF period of the transistor T1, so that the lower drive circuit DU from the gate terminal of the transistor T1. Current flowing into the This current is a capacitive current whose current value is determined by the rising slew rate of the output voltage OUT and the capacitance value of the gate-drain capacitance CT1 of the transistor T1. If the sink current capability of the upper drive circuit DU is low with respect to this current value, the differential voltage GU-OUT between the gate voltage GU and the OUT output voltage of the transistor T1 is swung to the H level side, and between the transistors T1 and T2. There is a possibility that a shoot-through through current will occur.
以上の説明からわかるように、半ブリッジ回路のOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合は、前記トランジスタT2のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち上る事で、前記トランジスタT2のゲート端子から前記下側駆動回路DLへ流れ込む図5Bの(b)のゲート電流IGLが問題となる。この電流によって、下側駆動回路DLのシンク電流能力が低ければ、前記トランジスタT2のゲート電圧GLがHレベル側に振られ、前記トランジスタT1、T2間で貫通電流が流れるシュート・スルーが起こる恐れがあるからである。 As can be seen from the above description, when the load current is output from the output of the OUT terminal of the half-bridge circuit, the output voltage OUT of the OUT terminal rises during the OFF period of the transistor T2, so that the gate of the transistor T2 is output. The gate current IGL in FIG. 5B flowing from the terminal to the lower drive circuit DL becomes a problem. If the sink current capability of the lower drive circuit DL is low due to this current, the gate voltage GL of the transistor T2 is swung to the H level side, and a shoot-through in which a through current flows between the transistors T1 and T2 may occur. Because there is.
半ブリッジ回路のOUT端子出力へ負荷電流をシンク入力する場合は、前記トランジスタT1のオフ期間中に、OUT端子の出力電圧OUTが立ち下る事で、前記トランジスタT1のゲート端子から前記上側駆動回路DUへ流れ込む図6Bの(l)のゲート電流IGUが問題となる。この電流によって、上側駆動回路DUのシンク電流能力が低ければ、前記トランジスタT1のゲート電圧GUがHレベル側に振られ、前記トランジスタT1、T2間で貫通電流が流れるシュート・スルーが起こる恐れがあるからである。 When sinking the load current to the OUT terminal output of the half-bridge circuit, the output voltage OUT at the OUT terminal falls during the OFF period of the transistor T1, so that the upper drive circuit DU is supplied from the gate terminal of the transistor T1. The gate current IGU of (l) in FIG. If the sink current capability of the upper drive circuit DU is low due to this current, the gate voltage GU of the transistor T1 is swung to the H level side, which may cause a shoot-through in which a through current flows between the transistors T1 and T2. Because.
半ブリッジ回路のシュート・スルーの発生要因についての説明は以上であり、次にこの問題点に対し、従来発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路を前記図5A,図5Bの出力端子OUTから負荷電流をソース出力される場合に当てはめて考える。 The cause of the shoot-through of the half-bridge circuit has been described above. Next, with respect to this problem, a half-bridge circuit using the drive circuit of the conventional invention is loaded from the output terminal OUT of FIGS. 5A and 5B. This is considered when current is output as a source.
前記従来発明の駆動回路の動作機構によると、下記の2つの条件の論理積(and)で満足すると、前記駆動回路のシンク電流能力の高いシンクトランジスタM1が動作する。 According to the operation mechanism of the drive circuit of the conventional invention, when the logical product (and) of the following two conditions is satisfied, the sink transistor M1 having a high sink current capability of the drive circuit operates.
(1) 駆動回路DLについては、入力信号GLDがLレベルである事。
(2) (駆動回路DUについては、入力信号GUDがLレベルである事。)
(3) 下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLがトランジスタT2の動作電圧VGSonより低目に設定された閾値電圧VthLより下である事。(駆動回路DUについては、上側トランジスタT1のゲート端子電圧GU−OUTがトランジスタT1の動作電圧VGSonより低目に設定された閾値電圧VthLより下である事。)
その為に、前記図5Bの(b)の場合のトランジスタT2の容量性ゲート電流IGLは下側駆動回路DLのシンクトランジスタM1によってシンクされ、トランジスタT2のゲート端子電圧GLは十分に低いLレベルに維持されるので、前記図5Bの(b)の場合でもトランジスタT1とT2によるシュート・スルー(貫通状態)は起こらない。
(1) For the drive circuit DL, the input signal GLD is at L level.
(2) (For the drive circuit DU, the input signal GUD is at the L level.)
(3) The gate terminal voltage GL of the lower transistor T2 is lower than the threshold voltage VthL set lower than the operating voltage VGson of the transistor T2. (For the drive circuit DU, the gate terminal voltage GU-OUT of the upper transistor T1 is lower than the threshold voltage VthL set lower than the operating voltage VGson of the transistor T1.)
Therefore, the capacitive gate current IGL of the transistor T2 in the case of FIG. 5B (b) is sunk by the sink transistor M1 of the lower drive circuit DL, and the gate terminal voltage GL of the transistor T2 is set to a sufficiently low L level. Therefore, even in the case of FIG. 5B (b), the shoot through (through state) by the transistors T1 and T2 does not occur.
一方で、上側駆動回路DUのシンクトランジスタM1は、上記(1)、(2)の条件の全てを満足しないため、動作しない。そのおかげで、図5Aに図示された半ブリッジ回路の出力端子電圧OUTのスルーレートを決める上側駆動回路DUのゲート電流IGUは、出力端子電圧OUTがVMと0Vとを遷移する間は、上側駆動回路DUのシンク・トランジスタM1の影響を受けずに所望のスルーレートの値にあわせた設定が可能となる。 On the other hand, the sink transistor M1 of the upper drive circuit DU does not operate because it does not satisfy all the conditions (1) and (2). Thanks to this, the gate current IGU of the upper drive circuit DU that determines the slew rate of the output terminal voltage OUT of the half-bridge circuit shown in FIG. 5A is the upper drive while the output terminal voltage OUT transitions between VM and 0V. Setting according to a desired slew rate value is possible without being affected by the sink transistor M1 of the circuit DU.
次に、従来発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路を前記図6A,図6Bの出力端子OUTへ負荷電流をシンク入力される場合に当てはめて考える。 Next, a half-bridge circuit using the drive circuit of the conventional invention will be considered when the load current is sink-inputted to the output terminal OUT of FIGS. 6A and 6B.
この場合も前記の出力端子OUTから負荷電流をソース出力される場合の上記の説明と同様に、前記図6Bの(l)の場合のトランジスタT1の容量性ゲート電流IGUは上側駆動回路DUのシンクトランジスタM1によってシンクされ、トランジスタT1のゲート端子電圧GUと出力電圧OUTとの差電圧GU−OUTは十分に低いLレベルに維持されるので、前記図6Bの(l)の場合でもトランジスタT1とT2によるシュート・スルー(貫通状態)は起こらない。 Also in this case, the capacitive gate current IGU of the transistor T1 in the case of (l) in FIG. 6B is the sink of the upper drive circuit DU, as in the above description when the load current is source-outputted from the output terminal OUT. Since the differential voltage GU-OUT between the gate terminal voltage GU of the transistor T1 and the output voltage OUT is maintained at a sufficiently low L level by being sunk by the transistor M1, the transistors T1 and T2 also in the case of (l) in FIG. 6B. No shoot-through due to (through state) occurs.
一方で、下側駆動回路DLのシンクトランジスタM1は、上記(1)、(2)の条件の全てを満足しないため、動作しない。そのおかげで、図6Aに図示された半ブリッジ回路の出力端子電圧OUTのスルーレートを決める下側駆動回路DLのゲート電流IGLは、出力端子電圧OUTがVMと0Vとを遷移する間は、下側駆動回路DLのシンク・トランジスタM1の影響を受けずに所望のスルーレートの値にあわせて設定が可能となる。 On the other hand, the sink transistor M1 of the lower drive circuit DL does not operate because it does not satisfy all the conditions (1) and (2). Thanks to this, the gate current IGL of the lower drive circuit DL that determines the slew rate of the output terminal voltage OUT of the half-bridge circuit shown in FIG. 6A is lower during the transition of the output terminal voltage OUT between VM and 0V. The setting can be made in accordance with a desired slew rate value without being influenced by the sink transistor M1 of the side drive circuit DL.
以上の説明により、従来の技術の駆動回路を用いる半ブリッジ回路では、出力電圧のスルーレートを所望の値に設定することが可能で、それにより重大な電磁障害を発生することを防止できる。それに加え上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)を防止することができるという効果がある。 As described above, in the half-bridge circuit using the conventional driving circuit, it is possible to set the slew rate of the output voltage to a desired value, thereby preventing the occurrence of a serious electromagnetic interference. In addition, there is an effect that the upper transistor T1 and the lower transistor T2 can be prevented from being shot through (through state).
しかしながら、従来の駆動回路を用いた半ブリッジ回路では、この半ブリッジ回路のPWM入力信号である駆動信号が小さい場合(すなわちPWM駆動信号の駆動デューティ成分が小さい)場合に、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2とのシュート・スルー(貫通状態)が発生する可能性があるという問題が発生する。以下にこの問題について説明をする。 However, in the half-bridge circuit using the conventional drive circuit, when the drive signal that is the PWM input signal of the half-bridge circuit is small (that is, the drive duty component of the PWM drive signal is small), the upper transistor T1 and the lower transistor There arises a problem that a shoot-through (through state) with the transistor T2 may occur. This problem will be described below.
図7A,図7B,図7Cと図8A,図8B,図8Cはこの問題点を説明するための図である。
図7A,図7B,図7Cは、前記の図5A,図5Bの(b)の下側トランジスタT2のゲート電流IGLによるシュート・スルーの可能性に関するものに対応し、その部分のみを図示したものである。特に、図7Aは、OUT端子から負荷電流が吐き出される場合を示す。図7Bは、負荷電流が大きく、T2のVGSonが大きい場合であって、電流シンク段トランジスタM2が働き、IGLをシンクするので、T2はオンせず、貫通モード(シュートスルー)にならない状態を示す。図7Cは、負荷電流が小さく、T2のVGSonが小さい場合であって、M2がオンする前にIGLが流入した為、T2がオンし始め、貫通モード(シュートスルー)が発生する状態を示す。
7A, 7B, and 7C and FIGS. 8A, 8B, and 8C are diagrams for explaining this problem.
FIGS. 7A, 7B, and 7C correspond to those related to the possibility of shoot-through due to the gate current IGL of the lower transistor T2 in FIG. 5A and FIG. 5B, and show only that portion. It is. In particular, FIG. 7A shows a case where a load current is discharged from the OUT terminal. FIG. 7B shows a state where the load current is large and the VGSon of T2 is large, and the current sink stage transistor M2 operates and sinks IGL, so that T2 does not turn on and does not enter the through mode (shoot-through). . FIG. 7C shows a state in which the load current is small and the VGSon of T2 is small, and since IGL flows before M2 is turned on, T2 starts to turn on and a through mode (shoot-through) occurs.
同様に図8A,図8B,図8Cは、前記の図6A,図6Bの(l)の上側トランジスタT1のゲート電流IGUによるシュート・スルーの可能性に関するものに対応し、その部分のみを図示したものである。特に、図8Aは、OUT端子から負荷電流が吸い込まれる場合を示す。図8Bは、負荷電流が大きく、T1のVGSonが大きい場合であって、電流シンク段トランジスタM1が働き、IGUをシンクするので、T1はオンせず、貫通モード(シュートスルー)にならない状態を示す。図8Cは、負荷電流が小さく、T1のVGSonが小さい場合であって、M1がオンする前にIGUが流入した為、T1がオンし始め、貫通モード(シュートスルー)が発生する状態を示す。 Similarly, FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C correspond to those related to the possibility of shoot-through due to the gate current IGU of the upper transistor T1 in FIG. 6A and FIG. Is. In particular, FIG. 8A shows a case where a load current is sucked from the OUT terminal. FIG. 8B shows a state where the load current is large and the VGSon of T1 is large, and the current sink stage transistor M1 operates to sink IGU, so that T1 does not turn on and does not enter the through mode (shoot-through). . FIG. 8C shows a state where the load current is small and the VGSon of T1 is small, and since IGU flows before M1 is turned on, T1 starts to turn on and a through mode (shoot-through) occurs.
図7A−図8Cの図中には図示していないが半ブリッジ回路の駆動信号の駆動デューティ成分が小さい場合、つまり図5Bと図6Bにおいて駆動信号のHレベルのパルス幅が小さい場合を想定している。その為に、前記遅延時間DTが小さいと仮定している。 Although not shown in FIGS. 7A to 8C, it is assumed that the driving duty component of the driving signal of the half-bridge circuit is small, that is, the H level pulse width of the driving signal is small in FIGS. 5B and 6B. ing. Therefore, it is assumed that the delay time DT is small.
前記の図5Bの(b)の下側トランジスタT2のゲート電流IGLによるシュート・スルーの可能性に関する図7A,図7B,図7Cを用いて、従来の技術の駆動回路の問題点を説明する。 Problems of the conventional driving circuit will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, and 7C regarding the possibility of shoot-through due to the gate current IGL of the lower transistor T2 of FIG. 5B (b).
前記従来技術の発明の効果が作用するのは、図7AのようにOUT端子が負荷電流を吐き出す場合では、トランジスタT2はオフ状態で、トランジスタT1がオフからオン状態に遷移し、OUT端子の出力電圧が立ち上がる時である。 The effect of the prior art is that when the OUT terminal discharges a load current as shown in FIG. 7A, the transistor T2 is in the off state, the transistor T1 is changed from the off state to the on state, and the output of the OUT terminal is This is when the voltage rises.
この場合でも図7Bに示すように、トランジスタT1とT2の特性に対してこの従来発明の駆動回路のVthLや遅延時間DT等が適切に設定されていれば、シンクトランジスタM1が適切に動作して、トランジスタT1とT2が同時オン動作をするシュート・スルー(貫通状態)は発生せず、且つ、OUT端子の出力電圧スルーレートも適切な値となり、電磁障害レベルを最小にする事ができる。 Even in this case, as shown in FIG. 7B, if VthL, delay time DT, etc. of the drive circuit of the conventional invention are appropriately set with respect to the characteristics of the transistors T1 and T2, the sink transistor M1 operates properly. The shoot through (through state) in which the transistors T1 and T2 are simultaneously turned on does not occur, and the output voltage slew rate of the OUT terminal becomes an appropriate value, so that the electromagnetic interference level can be minimized.
前述したようにトランジスタM1は、図7BではGLD=LかつGL<VthLでオン動作をする。
しかしながら、この従来発明の駆動回路では、トランジスタT1とT2が駆動する負荷の負荷電流が変化し、トランジスタT1とT2がオン/オフ動作を切り換えるVGSon電圧が変化した場合、図7Cに示すようにシンクトランジスタM1が動作する前に、トランジスタT1がオン動作を始め、OUT端子の出力電圧が立ち上り、その為にCT2から容量性電流のIGLがトランジスタT2のゲート端子に流入し、トランジスタT2がオフからオン動作に入り、シュート・スルー(貫通状態)に入る。
As described above, the transistor M1 is turned on in FIG. 7B when GLD = L and GL <VthL.
However, in this conventional driving circuit, when the load current of the load driven by the transistors T1 and T2 changes, and the VG Son voltage for switching the on / off operation of the transistors T1 and T2 changes, the sink as shown in FIG. Before the transistor M1 operates, the transistor T1 starts to turn on, and the output voltage of the OUT terminal rises. Therefore, the capacitive current IGL flows from CT2 to the gate terminal of the transistor T2, and the transistor T2 turns off and on. Enter operation and shoot-through (through state).
また、この従来の発明の駆動回路では、前記の信号GLDとGUD間の遅延時間DTがばらついた場合、あるいは、トランジスタT1、T2の寄生のゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間の容量値がばらついた場合などでも、図7Cと同様なシュート・スルー(貫通状態)を発生する恐れがある。 In the driving circuit of the conventional invention, when the delay time DT between the signals GLD and GUD varies, or the capacitance values between the parasitic gates and sources of the transistors T1 and T2 and between the gate and drain vary. Even in such a case, there is a possibility that a shoot-through (through state) similar to FIG. 7C may occur.
同様に、図8AのようにOUT端子が負荷電流を吸い込む場合で、前記従来技術の発明の効果が作用するのは、トランジスタT1はオフ状態で、トランジスタT2がオフからオン状態に遷移し、OUT端子の出力電圧が立ち下がる時である。 Similarly, in the case where the OUT terminal absorbs the load current as shown in FIG. 8A, the effect of the invention of the prior art is that the transistor T1 is in the off state, the transistor T2 is transitioned from the off state to the on state, and OUT OUT This is when the output voltage of the terminal falls.
この場合でも図8Bに示すように、トランジスタT1とT2の特性に対してこの従来発明の駆動回路のVthLや遅延時間DT等が適切に設定されていれば、シンクトランジスタM1が適切に動作して、トランジスタT1とT2が同時オン動作をするシュート・スルー(貫通状態)は発生せず、且つ、OUT端子の出力電圧スルーレートも適切な値となり、電磁障害レベルを最小にする事ができる。 Even in this case, as shown in FIG. 8B, if VthL, delay time DT, etc. of the drive circuit of the conventional invention are appropriately set with respect to the characteristics of the transistors T1 and T2, the sink transistor M1 operates properly. The shoot through (through state) in which the transistors T1 and T2 are simultaneously turned on does not occur, and the output voltage slew rate of the OUT terminal becomes an appropriate value, so that the electromagnetic interference level can be minimized.
前述したようにトランジスタM1は、図8BではGUD=LかつGU<VthLでオン動作をする。
しかしながら、この従来の発明の駆動回路では、トランジスタT1とT2が駆動する負荷の負荷電流が変化し、トランジスタT1とT2がオン/オフ動作を切り換えるVGSon電圧が変化した場合、図8Cに示すようにシンクトランジスタM1が動作する前に、トランジスタT2がオン動作を始め、OUT端子の出力電圧が立ち下り、CT1から容量性電流のIGUがトランジスタT1のゲート端子に流入し、トランジスタT1がオフからオン動作に入り、シュート・スルー(貫通状態)に入る。
As described above, the transistor M1 is turned on in FIG. 8B when GUD = L and GU <VthL.
However, in the drive circuit of the conventional invention, when the load current of the load driven by the transistors T1 and T2 changes and the VG Son voltage for switching the on / off operation of the transistors T1 and T2 changes, as shown in FIG. Before the sink transistor M1 operates, the transistor T2 starts to turn on, the output voltage of the OUT terminal falls, the capacitive current IGU flows from CT1 to the gate terminal of the transistor T1, and the transistor T1 operates from off to on. And enter shoot-through.
また、この従来の発明の駆動回路では、前記の信号GLDとGUD間の遅延時間DTがばらついた場合、あるいは、トランジスタT1、T2の寄生のゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間の容量値がばらついた場合などでも、図8Cと同様なシュート・スルー(貫通状態)を発生する恐れがある。 In the driving circuit of the conventional invention, when the delay time DT between the signals GLD and GUD varies, or the capacitance values between the parasitic gates and sources of the transistors T1 and T2 and between the gate and drain vary. Even in such a case, there is a possibility that a shoot-through (through state) similar to FIG. 8C may occur.
以上の説明から、従来の駆動回路を用いた半ブリッジ回路では、この半ブリッジ回路のPWM入力信号である駆動信号が小さい場合(PWM駆動信号の駆動デューティ成分が小さい場合)、上側駆動回路の入力信号GUDと下側駆動回路の入力信号GLD間の遅延時間DTも小さくする必要があり、その結果、駆動回路の負荷電流やVGSon電圧や遅延時間DTやトランジスタT1とT2の寄生のゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の容量値等がばらついた時に、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生する可能性があるという問題が発生する。 From the above description, in the half-bridge circuit using the conventional drive circuit, when the drive signal which is the PWM input signal of this half-bridge circuit is small (when the drive duty component of the PWM drive signal is small), the input of the upper drive circuit It is also necessary to reduce the delay time DT between the signal GUD and the input signal GLD of the lower side drive circuit. In addition, when the capacitance value between the gate and the drain varies, there is a problem that the shoot through (penetration state) of the upper transistor T1 and the lower transistor T2 may occur.
本発明は前記の従来の駆動回路を用いた半ブリッジ回路の問題点を解決するものであり、本発明の目的は、半ブリッジ回路のPWM入力信号である駆動信号が小さい場合(PWM駆動信号の駆動デューティ成分が小さい場合)においてでも、駆動回路の負荷電流やVGSon電圧や遅延時間DTやトランジスタT1とT2の寄生のゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の容量値等がばらついたとしても、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生せず、且つ、出力電圧のスルーレートを所望の値に調整でき、電磁障害レベルを最適化できる半ブリッジ回路を構成する駆動回路を提供することにある。 The present invention solves the problem of the half-bridge circuit using the above-described conventional drive circuit, and the object of the present invention is to reduce the drive signal that is the PWM input signal of the half-bridge circuit (the PWM drive signal Even if the load current of the drive circuit, the VG Son voltage, the delay time DT, the parasitic gate-source capacitance of the transistors T1 and T2, and the capacitance value between the gate and drain vary, even when the drive duty component is small) A drive circuit that constitutes a half-bridge circuit in which the shoot-through (through state) of the transistor T1 and the lower transistor T2 does not occur, the slew rate of the output voltage can be adjusted to a desired value, and the electromagnetic interference level can be optimized. Is to provide.
また本発明の第2の目的は、本発明の駆動回路と、本発明の第2、第3の発明となるこの駆動回路を制御する駆動方向判別回路とを用いて、半ブリッジ回路だけでなく、Hブリッジ回路、3相インバータ回路等の応用において、出力電圧のスルーレートを所望の値に調整でき、電磁障害レベルを最適にでき、かつシュート・スルーの発生しない出力回路の駆動方法を提供する事にある。 The second object of the present invention is not only a half-bridge circuit using the drive circuit of the present invention and the drive direction discriminating circuit for controlling the drive circuit of the second and third inventions. Provided is a method for driving an output circuit that can adjust a slew rate of an output voltage to a desired value in an application such as an H bridge circuit, a three-phase inverter circuit, etc., can optimize an electromagnetic interference level, and does not cause a shoot-through. There is a thing.
上記課題を解決するための第1の発明は、制御端子を有しているスイッチングデバイスのオフ期間中に前記制御端子を経て容量性の電流が流れるスイッチングデバイスを駆動する駆動回路が前記スイッチングデバイスをオンまたはオフさせる制御信号を受けるための入力端子と、前記入力端子のHレベルまたはLレベル信号に応じて前記デバイスの前記制御端子に駆動電流をソース出力するソース回路と、前記入力端子のLレベルまたはHレベル信号に応じて前記スイッチングデバイスの前記制御端子に駆動電流をシンク出力するシンク回路と、前記スイッチングデバイスオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクする電流シンクトランジスタM1と、前記入力端子の信号に応じて前記ソース回路の入力駆動信号と、前記シンク回路あるいは前記シンクトランジスタM1への入力駆動信号とを生成するI/F回路と、前記シンク回路または前記トランジスタM1への入力駆動信号を前記シンク回路かあるいは前記M1トランジスタのどちらに入力駆動信号として出力するかを選択するセレクタと、この選択動作を制御する前記セレクタへの選択信号を受ける入力端子とを備えていることを特徴とする駆動回路とした。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a switching device in which a capacitive current flows through the control terminal during an off period of the switching device having a control terminal. An input terminal for receiving a control signal to be turned on or off, a source circuit that outputs a drive current to the control terminal of the device according to an H level or L level signal of the input terminal, and an L level of the input terminal Or a sink circuit that sinks and outputs a drive current to the control terminal of the switching device in response to an H level signal; a current sink transistor M1 that sinks a capacitive current through the control terminal during the switching device off period; The input drive signal of the source circuit according to the signal of the input terminal and the sink circuit Or, an I / F circuit that generates an input drive signal to the sink transistor M1, and an input drive signal to the sink circuit or the transistor M1 is output as an input drive signal to either the sink circuit or the M1 transistor. A drive circuit comprising: a selector that selects whether to select; and an input terminal that receives a selection signal to the selector that controls the selection operation.
また、本発明では、前記セレクタは、前記入力駆動信号を前記シンク回路に出力してこのシンク回路を駆動する時は前記シンクトランジスタM1をオフさせる信号を送り、また前記入力駆動信号を前記シンクトランジスタM1の制御端子に出力してこのトランジスタを駆動する時は前記シンク回路をオフさせる信号を送るかあるいは前記シンク回路を継続してオンさせる信号を送る事を特徴とする、前記の駆動回路とした。 In the present invention, the selector outputs a signal for turning off the sink transistor M1 when the input drive signal is output to the sink circuit to drive the sink circuit, and the input drive signal is sent to the sink transistor. When driving the transistor by outputting to the control terminal of M1, a signal for turning off the sink circuit is sent, or a signal for turning on the sink circuit continuously is sent. .
また、本発明では、前記ソース回路のソース電流と前記シンク回路のシンク電流は、前記スイッチングデバイスの制御端子に適切な駆動電流を与え、複数の前記スイッチングデバイスと前記駆動回路で構成される半ブリッジ回路、Hブリッジ回路、3相インバータ回路等の出力電圧のスルーレートを適切な値に設定する事を特徴とする前記の駆動回路とした。 Further, in the present invention, the source current of the source circuit and the sink current of the sink circuit give an appropriate drive current to the control terminal of the switching device, and a half bridge configured by a plurality of the switching devices and the drive circuit The drive circuit described above is characterized in that the slew rate of the output voltage of a circuit, an H-bridge circuit, a three-phase inverter circuit, or the like is set to an appropriate value.
このソース回路とシンク回路により、本発明の駆動回路で構成される半ブリッジ回路、Hブリッジ回路、3相インバータ回路の出力電圧のスルーレートが所望の値に設定できるようになり、電磁障害レベルを最適化すことができる。 With this source circuit and sink circuit, the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit, H-bridge circuit, and three-phase inverter circuit configured by the drive circuit of the present invention can be set to a desired value, and the electromagnetic interference level can be set. Can be optimized.
また、本発明では、前記電流シンクトランジスタM1の電流能力は十分にあり、前記スイッチングデバイスの制御端子に流れる容量性電流を十分に吸い込める事を特徴とする前記の駆動回路とした。 In the present invention, the drive circuit is characterized in that the current sink transistor M1 has a sufficient current capability and can sufficiently absorb the capacitive current flowing in the control terminal of the switching device.
このシンクトランジスタM1により、本発明の駆動回路で構成される半ブリッジ回路、Hブリッジ出力回路、3相インバータ回路のスイッチングデバイスのオフ期間中に、容量性の電流がこのスイッチングデバイスの制御端子へ流れ込んでも、これらのスイッチングデバイス間でのシュート・スルー(貫通状態)が起こらなくなる。 The sink transistor M1 causes a capacitive current to flow into the control terminal of the switching device during the OFF period of the switching device of the half-bridge circuit, H-bridge output circuit, and three-phase inverter circuit configured by the drive circuit of the present invention. However, there is no shoot-through (penetration state) between these switching devices.
また第1の発明の駆動回路の前記セレクタを制御する第2の発明となる駆動方向判別回路は:オフ期間中にその制御端子に容量性の電流が流れる2個のスイッチングデバイスT1及びT2及び;前記スイッチングデバイスT1とT2を駆動する2つの前記の駆動回路DU及びDL及び;入力信号の駆動信号を信号処理して上側スイッチングデバイスT1を駆動する上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと下側スイッチングデバイスT2を駆動する下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとを生成し出力する駆動制御回路及び;上側駆動回路DUへGUD信号を伝達するレベルシフト及び;上側駆動回路DUのセレクタへの入力信号と下側駆動回路DLのセレクタへ入力信号との極性を反転させるインバータとで構成される半ブリッジ回路の出力電圧と;半ブリッジ回路の駆動制御回路の入力信号である前記駆動信号と;前記上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと;前記下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとから;前記の上側駆動回路DUと下側駆動回路DLのセレクタへ選択信号となる方向信号を生成することを特徴とした駆動方向判別回路とした。 The drive direction discriminating circuit according to the second invention for controlling the selector of the drive circuit according to the first invention is: two switching devices T1 and T2 in which a capacitive current flows in the control terminal during an off period; Two driving circuits DU and DL for driving the switching devices T1 and T2, and an upper driving signal GUD inputted to the upper driving circuit DU for driving the upper switching device T1 by processing the driving signal of the input signal; A drive control circuit that generates and outputs a lower drive signal GLD that is input to the lower drive circuit DL that drives the lower switching device T2, and a level shift that transmits a GUD signal to the upper drive circuit DU; and an upper drive circuit An inverter that inverts the polarity of the input signal to the selector of the DU and the input signal to the selector of the lower drive circuit DL. An output voltage of the half-bridge circuit; the drive signal which is an input signal of the drive control circuit of the half-bridge circuit; an upper drive signal GUD input to the upper drive circuit DU; and an input to the lower drive circuit DL A driving direction discriminating circuit that generates a direction signal as a selection signal to the selectors of the upper driving circuit DU and the lower driving circuit DL.
また第2の発明となる駆動方向判別回路は:前記半ブリッジ回路の出力電圧がある閾値電圧を越えているのを検出する信号と前記駆動信号と前記上側駆動信号GUDとで生成される方向検出信号か;前記半ブリッジ回路の出力電圧がある閾値電圧を越えているのを検出する信号と前記駆動信号と前記下側駆動信号GLDとで生成される方向検出信号との;いずれか一方か又は両方を、その信号が示す方向極性に応じて、HレベルかLレベル出力する方向検出回路と;前記方向検出回路の出力信号のHレベルからLレベルへの遷移時にあるパルス幅を有するパルスを出力する立ち下り出力端子と前記方向検出回路の出力信号のLレベルからHレベルへの遷移時にあるパルス幅を有するパルスを出力する立ち上り出力端子とを有する微分パルス回路と;前記方向検出回路の出力が複数あるか又は前記方向検出回路と同様な方向信号出力が複数ある事に応じて前記微分パルス回路が複数ある場合、複数の前記微分パルス回路の立ち下り出力端子と複数の前記微分パルス回路の立ち上り出力端子とをそれぞれ一つの立ち下り出力端子と立ち上り出力端子にまとめるパルス加算回路と;前記パルス加算回路の立ち上り出力端子と立ち下り出力端子から出る各々のパルスをセットパルス/リセットパルスまたはリセットパルス/セットパルスとして受けて、HレベルかLレベルの信号を出力するSR_フリップフロップとで構成された事を特徴とする駆動方向判別回路とした。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a driving direction discriminating circuit comprising: detecting a direction generated by a signal for detecting that the output voltage of the half-bridge circuit exceeds a threshold voltage, the driving signal and the upper driving signal GUD. A signal for detecting that the output voltage of the half-bridge circuit exceeds a threshold voltage, and a direction detection signal generated by the drive signal and the lower drive signal GLD; A direction detection circuit that outputs either H level or L level according to the direction polarity indicated by the signal; and outputs a pulse having a pulse width at the time of transition from the H level to the L level of the output signal of the direction detection circuit A differential pulse circuit having a falling output terminal that outputs and a rising output terminal that outputs a pulse having a certain pulse width when the output signal of the direction detection circuit transitions from L level to H level; When there are a plurality of differential pulse circuits in response to a plurality of direction detection circuit outputs or a plurality of direction signal outputs similar to the direction detection circuit, a plurality of differential pulse circuit falling output terminals and a plurality of differential pulse circuits A pulse adding circuit that combines the rising output terminals of the differential pulse circuit into one falling output terminal and a rising output terminal, respectively; and setting each pulse output from the rising output terminal and the falling output terminal of the pulse adding circuit to a set pulse / The driving direction discriminating circuit is constituted by an SR_ flip-flop which receives a reset pulse or a reset pulse / set pulse and outputs an H level or L level signal.
また前記方向検出回路は:ヒステリシス・コンパレータを有していて;前記駆動信号のHレベルかLレベルのいずれか一方の極性に応じて前記半ブリッジ回路の出力電圧が前記ヒステリシス・コンパレータのHレベルの閾値電圧を超える時に、前記下側駆動信号GLDのHレベルかLレベルの極性に応じてHレベルかLレベルのいずれかの極性の信号を出力する出力端子と、前記駆動信号の他方の極性に応じて前記半ブリッジ回路の出力電圧が前記ヒステリシス・コンパレータのLレベルの閾値電圧より下がる時に、前記上側駆動信号GUDのHレベルかLレベルの極性に応じてHレベルかLレベルのいずれかの極性の信号を出力する出力端子との;いずれか一方かまたは両方を持つ方向検出回路を有する事を特徴とする前記駆動方向判別回路とした。 The direction detection circuit includes: a hysteresis comparator; the output voltage of the half-bridge circuit is set to the H level of the hysteresis comparator in accordance with the polarity of either the H level or the L level of the drive signal. When the threshold voltage is exceeded, an output terminal that outputs a signal of either H level or L level according to the polarity of H level or L level of the lower drive signal GLD, and the other polarity of the drive signal Accordingly, when the output voltage of the half-bridge circuit falls below the L level threshold voltage of the hysteresis comparator, either the H level or the L level polarity according to the H level or L level polarity of the upper drive signal GUD. A driving direction discrimination circuit having a direction detection circuit having one or both of the output terminal and the output terminal for outputting the signal
以上の構成の第2の発明となる駆動方向判別回路を用いると、前記半ブリッジ回路の出力電圧の立ち上り時または立ち下り時に、半ブリッジ回路の出力端子に接続した負荷の負荷電流が吐き出されているのか、吸い込まれているのかを判別でき、その電流方向の判別結果(駆動方向判別結果)である方向信号を第1の発明である駆動回路のセレクタへの適切な選択信号として送ることができる。前記半ブリッジ回路を構成する2つの駆動回路は、この方向信号により、適切にスイッチングデバイスの制御端子に流れる容量性電流を十分に吸い込めるシンクトランジスタの動作制御をしてシュート・スルー(貫通状態)を防止し、かつ半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に調整できるようになる。 When the drive direction discriminating circuit according to the second aspect of the present invention is used, the load current of the load connected to the output terminal of the half-bridge circuit is discharged when the output voltage of the half-bridge circuit rises or falls. The direction signal, which is the current direction discrimination result (drive direction discrimination result), can be sent as an appropriate selection signal to the selector of the drive circuit according to the first aspect of the invention. . The two drive circuits that constitute the half-bridge circuit use this direction signal to appropriately control the operation of the sink transistor that can sufficiently absorb the capacitive current flowing to the control terminal of the switching device, and shoot through (through state). And the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit can be adjusted to an appropriate value.
また第1の発明の駆動回路を制御する第3の発明となる駆動方向判別回路は:オフ期間中にその制御端子に容量性の電流が流れる2個のスイッチングデバイスT1及びT2及び;前記スイッチングデバイスT1とT2を駆動する2個の前記の駆動回路DU及びDL及び;入力信号の駆動信号を信号処理して上側スイッチングデバイスT1を駆動する上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと下側スイッチングデバイスT2を駆動する下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとを生成し出力する駆動制御回路及び;上側駆動回路DUへGUD信号を伝達するレベルシフト及び;上側駆動回路DUのセレクタへの入力信号と下側駆動回路DLのセレクタへの入力信号との極性を反転させるインバータとで構成される半ブリッジ回路のスイッチングデバイスT1またはT2の制御端子電圧(すなわち前記上側駆動回路DUまたは下側駆動回路DLの出力電圧)と;前記上側駆動回路DUまたは下側駆動回路DLへ入力される入力駆動信号とから;前記半ブリッジ回路の前記上側駆動回路DUと下側駆動回路DLのセレクタへ選択信号となる方向信号を生成することを特徴とした駆動方向判別回路とした。 The driving direction discriminating circuit according to the third aspect of the invention for controlling the driving circuit of the first aspect of the invention is: two switching devices T1 and T2 in which a capacitive current flows through the control terminal during the off period; The two driving circuits DU and DL that drive T1 and T2, and the upper driving signal GUD and the lower side that are input to the upper driving circuit DU that processes the driving signal of the input signal and drives the upper switching device T1 A drive control circuit that generates and outputs a lower drive signal GLD that is input to the lower drive circuit DL that drives the switching device T2, and a level shift that transmits a GUD signal to the upper drive circuit DU; A half-bridge composed of an inverter that inverts the polarity of the input signal to the selector and the input signal to the selector of the lower drive circuit DL. A control terminal voltage of the switching device T1 or T2 of the circuit (that is, an output voltage of the upper drive circuit DU or the lower drive circuit DL); and an input drive signal input to the upper drive circuit DU or the lower drive circuit DL A driving direction determination circuit characterized by generating a direction signal as a selection signal to the selector of the upper driving circuit DU and the lower driving circuit DL of the half-bridge circuit.
また第3の発明となる駆動方向判別回路は:前記スイッチングデバイスの制御端子電圧(すなわち前記の駆動回路の出力電圧)がある閾値電圧を越えているかを検出する信号と前記入力駆動信号をある時間遅延させた遅延入力駆動信号の立ち上りエッジ信号とで生成される方向検出信号か;前記スイッチングデバイスの制御端子電圧がある閾値電圧を越えているかを検出する信号と前記入力駆動信号をある時間遅延させた遅延入力駆動信号の立ち下りエッジ信号とで生成される方向検出信号の、いずれか一方かまたは両方を、その信号が示す方向極性に応じて、HレベルかLレベルの出力する方向検出回路と;前記方向検出回路の出力信号のHレベルからLレベルへの遷移時にあるパルス幅を有するパルスを出力する立ち下り出力端子と前記方向検出回路の出力信号のLレベルからHレベルへの遷移時にあるパルス幅を有するパルスを出力する立ち上り出力端子とを有する微分パルス回路と;前記方向検出回路の出力が複数あるか又は前記方向検出回路と同様な方向信号出力が複数ある事に応じて前記微分パルス回路が複数ある場合、複数の前記微分パルス回路の立ち下り出力端子と複数の前記微分パルス回路の立ち上り出力端子とを各々、一つの立ち下り出力端子と立ち上り出力端子にまとめるパルス加算回路と;前記パルス加算回路の立ち上り出力端子と立ち下り出力端子から出る各々のパルスをセットパルス/リセットパルスまたはリセットパルス/セットパルスとして受けて、HレベルかLレベルの信号を出力するSR_フリップフロップとで構成された事を特徴とする駆動方向判別回路とした。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a driving direction discriminating circuit comprising: a signal for detecting whether the control terminal voltage of the switching device (that is, the output voltage of the driving circuit) exceeds a certain threshold voltage and the input driving signal for a certain period of time. A direction detection signal generated by a delayed rising edge signal of the delayed input drive signal; a signal for detecting whether the control terminal voltage of the switching device exceeds a threshold voltage and the input drive signal are delayed by a certain time A direction detection circuit that outputs either one or both of the direction detection signals generated by the falling edge signal of the delayed input drive signal according to the direction polarity indicated by the signal; A falling output terminal for outputting a pulse having a pulse width at the time of transition from an H level to an L level of an output signal of the direction detection circuit; A differential pulse circuit having a rising output terminal for outputting a pulse having a pulse width at the time of transition of the output signal of the direction detection circuit from L level to H level; and whether there are a plurality of outputs of the direction detection circuit or the direction detection When there are a plurality of differential pulse circuits in response to a plurality of directional signal outputs similar to those of the circuit, each of the plurality of differential pulse circuits has a falling output terminal and a plurality of the differential pulse circuits has a rising output terminal. A pulse addition circuit that combines the two falling output terminals and the rising output terminal; receiving each pulse from the rising output terminal and the falling output terminal of the pulse adding circuit as a set pulse / reset pulse or a reset pulse / set pulse; It is composed of SR_ flip-flop that outputs H level or L level signal. And the direction determining circuit.
また前記方向検出回路は:ヒステリシス・コンパレータを有していて;前記入力駆動信号をある時間遅延させた遅延入力駆動信号の立ち上りエッジかまたは立ち下りエッジのいずれかの時に、前記スイッチングデバイスT1またはT2の制御端子電圧が前記ヒステリシス・コンパレータのHレベルの閾値電圧を超えるか否かに応じてHレベルかLレベルのいずれかの極性の信号を出力する出力端子と;前記入力駆動信号をある時間遅延させた遅延入力駆動信号の立ち下りエッジかまたは立ち上りエッジのいずれかの時に、前記スイッチングデバイスT1またはT2の制御端子電圧が前記ヒステリシス・コンパレータのLレベルの閾値電圧より下がるか否かに応じてHレベルかLレベルのいずれかの極性の信号を出力する出力端子との;いずれか一方かまたは両方を持つ方向検出回路を有する事を特徴とする前記駆動方向判別回路とした。 The direction detection circuit also includes: a hysteresis comparator; the switching device T1 or T2 when either the rising edge or the falling edge of the delayed input drive signal obtained by delaying the input drive signal by a certain time An output terminal for outputting a signal having a polarity of either H level or L level depending on whether the control terminal voltage exceeds an H level threshold voltage of the hysteresis comparator; and delaying the input drive signal by a certain time Depending on whether the control terminal voltage of the switching device T1 or T2 falls below the L level threshold voltage of the hysteresis comparator at either the falling edge or the rising edge of the delayed input drive signal, With an output terminal that outputs a signal of either polarity of level or L level; Or was the drive direction detection circuit, characterized in that it has a direction detection circuit with both.
以上の構成の第3の発明となる駆動方向判別回路を用いると、前記第2の発明の駆動方向判別回路と同じように、前記半ブリッジ回路を構成する駆動回路の入力駆動信号の立ち上り時または立ち下り時に、半ブリッジ回路の出力端子に接続した負荷の負荷電流が吐き出されているのか、吸い込まれているのかを判別でき、その電流方向の判別結果(駆動方向判別結果)である方向信号を第1の発明である駆動回路のセレクタへの適切な選択信号として送ることができる。前記半ブリッジ回路を構成する2つの駆動回路は、この方向信号により、適切にスイッチングデバイスの制御端子に流れる容量性電流を十分に吸い込めるシンクトランジスタの動作制御をしてシュート・スルー(貫通状態)を防止し、かつ半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に調整できるようになる。 When the driving direction discriminating circuit according to the third aspect of the present invention is used, as in the driving direction discriminating circuit according to the second aspect, the rising edge of the input driving signal of the driving circuit constituting the half-bridge circuit or At the time of falling, it can be determined whether the load current of the load connected to the output terminal of the half-bridge circuit is being discharged or sucked, and the direction signal that is the determination result of the current direction (drive direction determination result) It can be sent as an appropriate selection signal to the selector of the drive circuit according to the first invention. The two drive circuits that constitute the half-bridge circuit use this direction signal to appropriately control the operation of the sink transistor that can sufficiently absorb the capacitive current flowing to the control terminal of the switching device, and shoot through (through state). And the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit can be adjusted to an appropriate value.
本発明の駆動回路は、オフ期間中にその制御端子に容量性の電流が流れ込むスイッチングデバイスを用いて構成される半ブリッジ回路に使用される駆動回路であり、本発明の駆動回路を前記の半ブリッジ回路に適用すれば、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを所望の値に調整でき、電磁障害レベルを最適化できる。 The drive circuit of the present invention is a drive circuit used in a half-bridge circuit configured using a switching device in which a capacitive current flows into the control terminal during an off period. When applied to a bridge circuit, the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit can be adjusted to a desired value, and the electromagnetic interference level can be optimized.
また本発明の駆動回路を前記の半ブリッジ回路に適用すれば、半ブリッジ回路のPWM入力信号である駆動信号が小さい場合(PWM駆動信号の駆動デューティ成分が小さい場合)においてさえ、駆動回路の負荷電流、VGSon電圧、遅延時間DT、トランジスタT1、T2の寄生のゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の容量値等がばらついたとしても、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生しない半ブリッジ回路が構成することができる。 Further, when the drive circuit of the present invention is applied to the half-bridge circuit, even when the drive signal that is the PWM input signal of the half-bridge circuit is small (when the drive duty component of the PWM drive signal is small), the load on the drive circuit is reduced. Even if the current, the VGson voltage, the delay time DT, the parasitic gate-source capacitance of the transistors T1 and T2 and the capacitance value between the gate and drain vary, the shoot-through (through state) of the upper transistor T1 and the lower transistor T2 ) Does not occur, a half-bridge circuit can be configured.
また、本発明の駆動回路とこの駆動回路のセレクタの選択信号入力端子に半ブリッジ回路の駆動方向を判別する信号を送る駆動方向判別回路とを用いて、半ブリッジ回路だけでなく、Hブリッジ回路や3相インバータ回路等の応用において、出力電圧のスルーレートを所望の値に調整でき、電磁障害レベルを最適にでき、かつシュート・スルーの発生しない出力回路の駆動方法が提供できる。 Further, not only the half-bridge circuit but also the H-bridge circuit using the drive circuit of the present invention and the drive-direction determining circuit that sends a signal for determining the drive direction of the half-bridge circuit to the selection signal input terminal of the selector of the drive circuit. In applications such as three-phase inverter circuits and the like, the output voltage slew rate can be adjusted to a desired value, the electromagnetic interference level can be optimized, and a drive method for an output circuit that does not cause shoot-through can be provided.
(第1の実施形態)
図1は本発明の駆動装置の具体的な実施形態の構成図である。以下に、図1を用いて、本発明の駆動装置である半ブリッジ回路の第1の実施形態を説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a specific embodiment of the driving apparatus of the present invention. Hereinafter, a first embodiment of a half-bridge circuit which is a driving device of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、第1の実施形態に基づく、駆動回路を用いた半ブリッジ回路を示す。 FIG. 1 shows a half-bridge circuit using a drive circuit according to the first embodiment.
半ブリッジ回路は:オフ期間中にその制御端子、すなわちゲート端子、に容量性の電流が流れる2個のパワーMOSFETトランジスタなどのスイッチングデバイスT1とスイッチングデバイスT2と;トランジスタT1とT2をそれぞれ駆動する上側駆動回路DUと下側駆動回路DLと;この半ブリッジ回路を駆動する駆動信号を信号処理して上側トランジスタT1を駆動する上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと下側トランジスタT2を駆動する下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとを生成する駆動制御回路5と;上側駆動回路DUへGUD信号を伝達するレベルシフト6と;半ブリッジ回路の出力端子OUTに接続される負荷11の他端を電源VMに接続するかGNDに接続を切替えるための負荷スイッチ7と;負荷スイッチ7の切り替えを制御する切替手段8と;上側駆動回路DUのセレクタ34の入力信号と下側駆動回路DLのセレクタ44の入力信号との極性を反転させるインバータ10とで構成される。
The half-bridge circuit: switching device T1 and switching device T2, such as two power MOSFET transistors, in which capacitive current flows through its control terminal, ie the gate terminal, during the off period; the upper side driving transistors T1 and T2, respectively. Drive circuit DU and lower drive circuit DL; drive signal for driving this half bridge circuit and drive upper drive signal GUD and lower transistor T2 input to upper drive circuit DU for driving upper transistor T1 Connected to the output terminal OUT of the half-bridge circuit; a
駆動回路DUは、インターフェス31、ソース回路32、シンク回路33、セレクタ34、シンクトランジスタM1を有する。インターフェス31からは、ソース回路用の信号、シンク回路用の信号が出力され、シンク回路用の信号は、セレクタ34の選択により、シンク回路33又はシンクトランジスタM1のいずれかに供給される。シンクトランジスタM1は、スイッチングデバイスオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクするトランジスタである。
The drive circuit DU includes an
駆動回路DLは、インターフェス41、ソース回路42、シンク回路43、セレクタ44、シンクトランジスタM2を有する。インターフェス41からは、ソース回路用の信号、シンク回路用の信号が出力され、シンク回路用の信号は、セレクタ44の選択により、シンク回路43又はシンクトランジスタM2のいずれかに供給される。シンクトランジスタM2は、スイッチングデバイスオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクするトランジスタである。
The drive circuit DL includes an
切替手段8から出力される制御信号は、負荷スイッチ7を切り替えて、半ブリッジ回路の出力端子OUTに接続された負荷の他端を電源VMに接続するかまたは負荷の他端をGNDに接続するかを制御すると同時に、上側駆動回路DUと下側駆動回路DLのセレクタ34、44の選択信号となる方向信号DIRとしても用いられる。切替手段8から出力される第1の制御信号により、負荷スイッチ7が点線で示す方向に接続されると共に、セレクタ34,44も、点線で示す方向に接続される。これにより、負荷11の他端がVMに接続され、上側駆動回路DUではシンクトランジスタM1が選択され、下側駆動回路DLではシンク回路43が選択される。また切替手段8から出力される第2の制御信号により、負荷スイッチ7が実線で示す方向に接続されると共に、セレクタ34,44も、実線で示す方向に接続される。これにより、負荷11の他端がGNDに接続され、上側駆動回路DUではシンク回路33が選択され、下側駆動回路DLではシンクトランジスタM2が選択される。切替手段8からの第1の制御信号、第2の制御信号は、所定の周波数F1で切り替わる。この周波数F1は、上側駆動信号GUDと下側駆動信号GLDが切り替わる周波数F2とは独立したものであり、周波数F1は、周波数F2と比べ、数桁低い周波数である。従って、切替手段8からの第1の制御信号により、負荷11に正方向の電流が流れている間、スイッチングデバイスT1又はスイッチングデバイスT2は、数百回から数千回のオーダーでオン・オフを繰り返している。
The control signal output from the switching means 8 switches the
切替手段8は、負荷11に所望の周波数の交流電流を供給するために、第1の制御信号と第2の制御信号を交互に繰り返して出力する。負荷11から接地GND側に流れる場合は、負荷スイッチ7は、実線で示すように接続され、図5Aの点線で示すような負荷電流が流れる。負荷11から電源VM側に流れる場合は、負荷スイッチ7は、点線で示すように接続され、図6Aの点線で示すような負荷電流が流れる。
The switching means 8 outputs a first control signal and a second control signal alternately and repeatedly in order to supply an alternating current having a desired frequency to the
なお、切替手段8の出力端子とインバータ10の入力端子および下側駆動回路DLのセレクタ44の入力端子との間には、負荷11の種類により、ある適切な遅延時間を有する遅延回路9を設置しても良い。これは、負荷がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であって、負荷スイッチの切り替え発生時に負荷電流の流れる方向の切り替わりが負荷スイッチの切り替えに対して遅れる場合に対応したもので、遅延回路の遅延時間は負荷のインダクター成分と抵抗成分から適切な遅延時間の値が設定できる。
A
図1で図示された本発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路においては、PWM入力信号である駆動信号のデューティ比が小さい場合であっても、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生する可能性を大幅に改善し、且つ出力回路スルーレートも適切な値に設定でき電磁障害レベルを最小にすることが可能となる。この点について、図2A,図2Bと図3A,図3Bを用いて説明する。 In the half-bridge circuit using the drive circuit of the present invention shown in FIG. 1, even when the duty ratio of the drive signal which is a PWM input signal is small, the shoot through of the upper transistor T1 and the lower transistor T2 is taken. The possibility of occurrence of a (penetration state) is greatly improved, and the output circuit slew rate can be set to an appropriate value, so that the electromagnetic interference level can be minimized. This point will be described with reference to FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3A and 3B.
図2Aと図2Bは、半ブリッジ回路の出力であるOUT端子から負荷電流をソース出力する場合の動作説明のための図である。図2Aは、負荷の他端が端子GNDに接地された場合、すなわちOUT端子から負荷電流が吐き出される場合を示す。図2Bは、下側駆動信号GLDがHからLへの変化に応答して電流シンクトランジスタM2が働き、ゲート電流IGLをシンクした場合、トランジスタT2はオンせず、貫通モード(シュートスルー)にならない状態を示す。 FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the operation when the load current is output from the OUT terminal which is the output of the half-bridge circuit. FIG. 2A shows a case where the other end of the load is grounded to the terminal GND, that is, a case where a load current is discharged from the OUT terminal. FIG. 2B shows that when the lower side drive signal GLD is changed from H to L and the current sink transistor M2 works to sink the gate current IGL, the transistor T2 is not turned on and the through mode (shoot-through) is not achieved. Indicates the state.
図2Aは、動作状態を説明するために、上側駆動回路DUと下側駆動回路DLの駆動信号GUDとGLDと、各駆動回路に入力される方向信号DIRと、OUT端子に接続される負荷の接続状態とを示すブロック図である。 2A illustrates drive signals GUD and GLD of the upper drive circuit DU and the lower drive circuit DL, a direction signal DIR input to each drive circuit, and a load connected to the OUT terminal in order to explain the operation state. It is a block diagram which shows a connection state.
OUT端子から負荷電流をソース出力する場合、切替手段8によりOUT端子に接続される負荷の他端はGNDに接続され、下側駆動回路DLに入力される方向信号DIRはHレベルとなり、また上側駆動回路DUに入力される方向信号は図1で図示されたインバタータ10によりLレベルとなる。なお、この2つの駆動回路に入力される方向信号の極性は、上述した説明と逆であってもかまわず、この状況においては、上側駆動回路DUのセレクタ34はシンク回路33を動作させてシンクトランジスタM1はオフさせる事と、下側駆動回路DLのセレクタ44はシンク回路43を動作させてもオフさせてもかまわないがシンクトランジスタM1は動作させるように方向信号DIRが各駆動回路DUとDLを制御する事が重要である。下記にこの事について説明をする。
When the load current is output from the OUT terminal, the other end of the load connected to the OUT terminal by the switching means 8 is connected to GND, the direction signal DIR input to the lower drive circuit DL becomes H level, and the upper side The direction signal input to the drive circuit DU becomes L level by the
図5Aを用いた半ブリッジ回路のOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合の上側トランジスタT1のゲート電流IGUと下側トランジスタT2のゲート電流IGLの挙動についての説明から、半ブリッジ回路のOUT端子出力から負荷電流をソース出力する場合、以下の2つの事がわかる。 From the explanation of the behavior of the gate current IGU of the upper transistor T1 and the gate current IGL of the lower transistor T2 when the load current is output from the OUT terminal output of the half-bridge circuit using FIG. When sourcing load current from the output, you can see two things.
1.OUT端子の出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートを決めているのは、上側駆動回路DUから上側トランジスタT1のゲート端子へソース出力するゲート電流IGU及びゲート端子にシンク入力されるゲート電流IGUである。 1. The rising and falling slew rates of the output voltage at the OUT terminal are determined by the gate current IGU output from the upper drive circuit DU to the gate terminal of the upper transistor T1 and the gate current IGU input by sinking to the gate terminal. .
2.下側トランジスタT2のゲート端子に流れ込む容量性電流によって上側トランジスタT1と下側トランジスタT2がシュート・スルー(貫通状態)になる原因は、下側駆動回路DLの電流シンク能力が低いためである。 2. The reason why the upper transistor T1 and the lower transistor T2 become shoot through (through state) due to the capacitive current flowing into the gate terminal of the lower transistor T2 is that the current sink capability of the lower drive circuit DL is low.
従って、半ブリッジ回路の出力であるOUT端子から負荷電流をソース出力する場合、上側駆動回路DUはシンクトランジスタM1が常にオフしていて、ソース回路とシンク回路がゲート電流IGUを所望の値で出力するかまたは入力し、OUT端子出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートを決められるようにする。一方で、OUT端子出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートは下側トランジスタT2のゲート電流には依存しないので、下側駆動回路DLは、トランジスタT2をオフさせる時は、常にシンクトランジスタM2を動作させて容量性電流によるシュート・スルーが発生しないようにすればよい事がわかる。 Therefore, when the load current is output from the OUT terminal, which is the output of the half-bridge circuit, the upper drive circuit DU has the sink transistor M1 always off, and the source circuit and the sink circuit output the gate current IGU at a desired value. Or input, so that the rising and falling slew rates of the OUT terminal output voltage can be determined. On the other hand, since the rising and falling slew rates of the OUT terminal output voltage do not depend on the gate current of the lower transistor T2, the lower drive circuit DL always operates the sink transistor M2 when turning off the transistor T2. It can be seen that it is sufficient to prevent shoot-through due to capacitive current.
本発明の駆動回路はこの考えにそって考案されたもので、一般的に負荷電流の方向は負荷の他端の接続状況から決まるので、負荷の他端を電源VMに接続するかGNDに接続を切替えるための負荷スイッチ7の切り替え制御をする切替手段8から出力される制御信号を方向信号DIRとして用いて、負荷11の他端がGNDに接続された場合は、上側駆動回路DUではシンク回路33が選択され動作し、下側駆動回路DLではシンクトランジスタM2が選択され動作するように切替手段8の出力信号と負荷スイッチを設定する。この設定により、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを所望の値に設定でき、且つ、シュート・スルーを防止する事ができる。
The drive circuit of the present invention has been devised in accordance with this idea. Since the direction of the load current is generally determined from the connection status of the other end of the load, the other end of the load is connected to the power source VM or connected to the GND. When the other end of the
なお前述したように、切替手段8の出力端子とインバータ10の入力端子および下側駆動回路DLのセレクタ44の入力端子との間に、ある適切な遅延時間を有する遅延回路9を設置しても良い。これは、負荷11がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であって、負荷スイッチ7の切り替え発生時に負荷電流の流れる方向の切り替わりが負荷スイッチの切り替えに対して遅れる場合に対応したもので、遅延回路9の遅延時間は負荷のインダクター成分と抵抗成分から適切な遅延時間の値を設定すればよい。
As described above, the
ただし、遅延回路9だけでは、正確なタイミングで負荷電流の方向がソース出力からシンク入力に切り替わったことがわからないため、負荷電流の方向の切り替わりを判別する方向判別回路を用いて、負荷電流の方向を検出して、それを基にして方向信号DIRを駆動回路DUとDLに送ってもよい。この検出方法については別の発明として後述する。
However, since only the
図2Bは、従来の駆動回路で問題を指摘した図7Cに対応する本発明の駆動回路での動作波形図で、遅延時間DTが小さい時でも、シンクトランジスタM1の高いシンク能力により下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLのHレベルからLレベルへの遷移が急峻のため、上側トランジスタT1のVGSon電圧が低くてもシュート・スルーが発生しない事がわかる。 FIG. 2B is an operation waveform diagram in the drive circuit of the present invention corresponding to FIG. 7C in which the problem has been pointed out in the conventional drive circuit. Even when the delay time DT is small, the lower transistor T2 is obtained by the high sink capability of the sink transistor M1. Since the transition from the H level to the L level of the gate terminal voltage GL is steep, it can be seen that no shoot-through occurs even if the VGson voltage of the upper transistor T1 is low.
図3Aと図3Bは、半ブリッジ回路の出力であるOUT端子が負荷電流をシンク(吸い込む)場合の動作説明のための図である。図3Aは、負荷の他端が端子VMに接続された場合、すなわちOUT端子から負荷電流が吸い込まれる場合を示す。図3Bは、上側駆動信号GUDがHからLへの変化に応答して電流シンクトランジスタM1が働き、ゲート電流IGUをシンクした場合、トランジスタT1はオンせず、貫通モード(シュートスルー)にならない状態を示す。 3A and 3B are diagrams for explaining the operation when the OUT terminal, which is the output of the half-bridge circuit, sinks (sucks) the load current. FIG. 3A shows a case where the other end of the load is connected to the terminal VM, that is, a case where a load current is sucked from the OUT terminal. FIG. 3B shows a state where the current sink transistor M1 operates in response to the change of the upper drive signal GUD from H to L and the gate current IGU is sunk, the transistor T1 does not turn on and does not enter the through mode (shoot through). Indicates.
図3Aは、動作状態を説明するために、上側駆動回路DUと下側駆動回路DLの駆動信号GUDとGLDと、各駆動回路に入力される方向信号DIRと、OUT端子に接続される負荷の接続状態とを示すブロック図である。 FIG. 3A shows the driving signals GUD and GLD of the upper driving circuit DU and the lower driving circuit DL, the direction signal DIR input to each driving circuit, and the load connected to the OUT terminal in order to explain the operation state. It is a block diagram which shows a connection state.
OUT端子が負荷電流を吸い込む場合、図1に図示された切替手段8により、OUT端子に接続される負荷11の他端はパワー電源VMに接続され、下側駆動回路DLに入力される方向信号DIRはLレベルとなり、また上側駆動回路DUに入力される方向信号は図1で図示されたインバタータによりHレベルとなる。なお、この2つの駆動回路に入力される方向信号の極性は、上述した説明と逆であってもかまわず、この状況においては、下側駆動回路DLのセレクタ44はシンク回路43を動作させてシンクトランジスタM2はオフさせる事と、上側駆動回路DUのセレクタ34はシンク回路33を動作させてもオフさせてもかまわないがシンクトランジスタM1は動作させるように方向信号DIRが各駆動回路DUとDLを制御する事が重要である。下記にこの点についての説明をする。
When the OUT terminal absorbs the load current, the switching means 8 shown in FIG. 1 connects the other end of the
図6A,図6Bを用いた半ブリッジ回路のOUT端子出力が負荷電流を吸い込む場合の上側トランジスタT1のゲート電流IGUと下側トランジスタT2のゲート電流IGLの挙動についての説明から、半ブリッジ回路のOUT端子出力が負荷電流を吸い込む場合、以下の2つの事がわかる。 From the description of the behavior of the gate current IGU of the upper transistor T1 and the gate current IGL of the lower transistor T2 when the OUT terminal output of the half bridge circuit using FIGS. 6A and 6B absorbs the load current, When the terminal output sinks the load current, the following two things can be understood.
3.OUT端子の出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートを決めているのは、下側駆動回路DLから下側トランジスタT2のゲート端子へソース出力するゲート電流IGL及びゲート端子にシンク入力されるゲート電流IGLである。 3. The rising and falling slew rates of the output voltage at the OUT terminal are determined by the gate current IGL output from the lower drive circuit DL to the gate terminal of the lower transistor T2 and the gate current IGL input by sinking to the gate terminal. It is.
4.上側トランジスタT1のゲート端子に流れ込む容量性電流によって上側トランジスタT1と下側トランジスタT2がシュート・スルー(貫通状態)になる原因は、上側駆動回路DUの電流シンク能力が低いためである。 4). The reason why the upper transistor T1 and the lower transistor T2 become shoot through (through state) due to the capacitive current flowing into the gate terminal of the upper transistor T1 is that the current sink capability of the upper drive circuit DU is low.
従って、半ブリッジ回路の出力であるOUT端子に負荷電流をシンク入力される場合、
下側駆動回路DLはシンクトランジスタM1が常にオフしていて、シンク回路とソース回路がゲート電流IGLを所望の値で出力し、OUT端子出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートを決められるようにする。一方で、OUT端子出力電圧の立ち上り及び立ち下りスルーレートは上側トランジスタT1のゲート電流には依存しないので、上側駆動回路DLは、トランジスタT1をオフさせる時は、常にシンクトランジスタM1を動作させて容量性電流によるシュート・スルーが発生しないようにすればよい事がわかる。
Therefore, when sinking load current to the OUT terminal, which is the output of the half-bridge circuit,
In the lower drive circuit DL, the sink transistor M1 is always off, and the sink circuit and the source circuit output the gate current IGL at a desired value so that the rising and falling slew rates of the OUT terminal output voltage can be determined. . On the other hand, since the rising and falling slew rates of the OUT terminal output voltage do not depend on the gate current of the upper transistor T1, the upper drive circuit DL always operates the sink transistor M1 to turn off the capacitor when turning off the transistor T1. It can be seen that the shoot-through due to the sexual current should not be generated.
本発明の駆動回路はこの考えにそって考案されたもので、
一般的に負荷電流の方向は負荷の他端の接続状況から決まるので、負荷の他端を電源VMに接続するかGNDに接続を切替えるための負荷スイッチの切り替え制御をする切替手段8から出力される信号を方向信号DIRとして用いて、負荷の他端が電源VMに接続された場合は、下側駆動回路DLではシンク回路が選択され動作し、上側駆動回路DUではシンクトランジスタM1が選択され動作するように切替手段8の出力信号と負荷スイッチを設定する。
この設定により、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを所望の値に設定でき、且つ、シュート・スルーを防止する事ができる。
The drive circuit of the present invention was devised based on this idea,
In general, the direction of the load current is determined by the connection status of the other end of the load, and is therefore output from the switching means 8 for controlling the switching of the load switch for connecting the other end of the load to the power source VM or switching the connection to GND. When the other end of the load is connected to the power source VM, the sink circuit is selected and operated in the lower drive circuit DL, and the sink transistor M1 is selected and operated in the upper drive circuit DU. Thus, the output signal of the switching means 8 and the load switch are set.
With this setting, the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit can be set to a desired value, and shoot-through can be prevented.
図3Bは、従来の駆動回路で問題を指摘した図8Cに対応する本発明の駆動回路での動作波形図で、遅延時間DTが小さい時でも、シンクトランジスタM1の高いシンク能力により上側トランジスタT1のゲート端子電圧GUのHレベルからLレベルへの遷移が急峻のため、下側トランジスタT2のVGSon電圧が低くてもシュート・スルーが発生しない事がわかる。 FIG. 3B is an operation waveform diagram in the drive circuit of the present invention corresponding to FIG. 8C in which the problem has been pointed out in the conventional drive circuit. Even when the delay time DT is small, the high sink capability of the sink transistor M1 allows the upper transistor T1 to Since the transition from the H level to the L level of the gate terminal voltage GU is steep, it can be seen that no shoot-through occurs even when the VGson voltage of the lower transistor T2 is low.
従って、図1で図示された本発明の駆動回路を用いた半ブリッジ回路では、この半ブリッジ回路のPWM入力信号である駆動信号が小さい場合(PWM駆動信号の駆動デューティ成分が小さい場合)や駆動回路の負荷電流やVGSon電圧や遅延時間DTやトランジスタT1とT2の寄生のゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の容量値等がばらついた時に、上側トランジスタT1と下側トランジスタT2のシュート・スルー(貫通状態)が発生する可能性を大幅に改善し、且つ出力回路スルーレートも適切な値に設定でき電磁障害レベルを最小にすることができる。 Therefore, in the half bridge circuit using the drive circuit of the present invention shown in FIG. 1, the drive signal which is the PWM input signal of the half bridge circuit is small (when the drive duty component of the PWM drive signal is small) or the drive When the load current of the circuit, the VG Son voltage, the delay time DT, the capacitance values between the parasitic gates and sources of the transistors T1 and T2 and between the gate and drain vary, the shoot-through of the upper transistor T1 and the lower transistor T2 ( The possibility of occurrence of a (penetration state) is greatly improved, and the output circuit slew rate can be set to an appropriate value to minimize the electromagnetic interference level.
(第2の実施形態)
図9は第1の実施形態の駆動回路と駆動方向判別回路100を用いた第2の実施形態の構成図である。以下に、この第2の実施形態の動作説明をする。
図9は第1の実施形態の駆動回路と駆動方向判別回路100を用いた半ブリッジ回路を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram of the second embodiment using the drive circuit and the drive
FIG. 9 shows a half-bridge circuit using the drive circuit and the drive
半ブリッジ回路は:オフ期間中にその制御端子、すなわちゲート端子、に容量性の電流が流れる2個のパワーMOSFETトランジスタなどのスイッチングデバイスT1とT2と;トランジスタT1とT2をそれぞれ駆動する上側駆動回路DUと下側駆動回路DLと;この半ブリッジ回路を駆動する駆動信号を信号処理して上側トランジスタT1を駆動する上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと下側トランジスタT2を駆動する下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとを生成する駆動制御回路5と;上側駆動回路DUへGUD信号を伝達するレベルシフト6と;半ブリッジ出力回路の出力端子OUTに接続される負荷11の他端を電源VMに接続するかGNDに接続を切替えるための負荷スイッチ7と;負荷スイッチの切り替えを制御する切替手段と;上側駆動回路DUのセレクタ34の入力信号と下側駆動回路DLのセレクタ44の入力信号との極性を反転させるインバータ10と;駆動方向判別回路100とで構成される。
The half-bridge circuit is: switching devices T1 and T2, such as two power MOSFET transistors, in which capacitive current flows through its control terminal, that is, the gate terminal during the off period; upper drive circuits that drive the transistors T1 and T2, respectively. DU and a lower drive circuit DL; a signal for processing a drive signal for driving the half-bridge circuit and an upper drive signal GUD input to the upper drive circuit DU for driving the upper transistor T1 and a lower drive for driving the lower transistor T2 A
第2の実施形態の半ブリッジ回路は、前述の第1の実施形態で述べたものとほぼ同じ構成を有するが、第1の実施形態との違いは駆動方向判別回路100を設けたことにある。
The half-bridge circuit of the second embodiment has substantially the same configuration as that described in the first embodiment, but the difference from the first embodiment is that a drive
一般的に負荷11に流れる電流の方向は負荷11の他端の接続状況により決まるが、負荷11がインダクター成分等を持つ誘導性負荷の場合は、負荷スイッチ7の切り替え時の負荷電流の流れる方向の切り替わりは負荷スイッチ7の切り替えに対して遅れる。この負荷電流の切り替りを正確に検出するために駆動方向判別回路100を用いる。
In general, the direction of the current flowing through the
駆動方向判別回路100は、この半ブリッジ回路の出力端子OUTの出力電圧と駆動信号と上側駆動信号GUDと下側駆動信号GLDとから、半ブリッジ回路の出力端子OUTに接続される負荷11の負荷電流の方向を検出し、その方向極性に応じてHレベルかLレベルの値をとる方向信号DIRを出力する。下側駆動回路DLは直接に、また上側駆動回路DUはインバータ10とレベルシフト6を通して方向信号DIRを検知して、下側駆動回路DLと上側駆動回路DUの駆動回路は各々のセレクタ34,44によりシンク回路33,43かまたはシンクトランジスタM1,M2かを選択する。駆動方向判別回路100を半ブリッジ回路に適用することで、半ブリッジ回路の負荷がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であっても、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に設定し、且つ、シュート・スルー(貫通状態)を防止することが可能となる。なお、駆動方向判別回路100は、スイッチングデバイスT1又はT2の下流側である半ブリッジ回路の出力端子OUTからの信号を受けているが、スイッチングデバイスT1又はT2の上流側、例えばスイッチングデバイスT1又はT2のゲート端子からの信号を受けても良い。ここで下流、上流とは、系において信号が伝わる方向を言う。
The drive
次に図10と図11を用いて、第2の実施形態における駆動方向判別回路100の動作を説明する。図10は図9の第2の実施形態の図から駆動方向判別回路100を詳細に図示させたブロック図で、図11は図10に図示された各信号のタイミング波形図である。
Next, the operation of the drive
第2の実施形態における駆動方向判別回路100は:半ブリッジ回路の出力電圧OUTを受ける耐圧保護回路102と;耐圧保護回路102からの出力電圧VOと閾値電圧VthH、VthLとを比較するヒステリシス・コンパレータ104と;出力電圧VOが閾値電圧VthHを越えたとき、コンパレータ104の出力信号COと駆動信号と上側駆動信号GUDに基づいて生成される方向検出信号LDを出力する一方、出力電圧VOが閾値電圧VthLより下がったとき、コンパレータ104の出力信号COと駆動信号と下側駆動信号GLDに基づいて生成される方向検出信号HDと出力する方向検出回路108と;方向検出回路108の出力信号LDがHレベルからLレベルへ遷移する時に、所定のパルス幅を有するパルスを出力する、立ち下り出力端子R_LDと、方向検出回路108の出力信号LDがLレベルからHレベルへ遷移する時に、所定のパルス幅を有するパルスを出力する、立ち上り出力端子S_LDとを有する微分パルス回路110と;方向検出回路108の出力信号HDがHレベルからLレベルへ遷移する時に、所定のパルス幅を有するパルスを出力する、立ち下り出力端子R_HDと、方向検出回路108の出力信号HDがLレベルからHレベルへ遷移する時に、所定のパルス幅を有するパルスを出力する、立ち上り出力端子S_HDとを有する微分パルス回路112と;微分パルス回路110,112の立ち下り出力端子R_LD、R_HDを論理和で一つの立ち下り出力端子RRまとめると共に、微分パルス回路110,112の立ち上り出力端子S_LD、S_HDを論理和で一つの立ち上り出力端子SSにまとめるパルス加算回路114と;パルス加算回路の立ち下り出力端子RRと立ち上り出力端子SSから出る各々のパルスをセットパルス/リセットパルスまたはリセットパルス/セットパルスとして受けて、HレベルかLレベルの信号を出力するSR_フリップフロップ116とで構成される。
The driving
なお、パルス加算回路114は、方向検出回路108の出力が複数あるか又は方向検出回路と同様な方向信号出力が複数ある事に応じて、微分パルス回路が複数ある場合、複数の方向検出回路の立ち下り出力端子と複数の方向検出回路の立ち上り出力端子とを各々、一つの立ち下り出力端子と立ち上り出力端子にまとめるパルス加算回路である。 Note that the pulse addition circuit 114 has a plurality of differential pulse circuits when there are a plurality of output signals from the direction detection circuit 108 or a plurality of direction signal outputs similar to the direction detection circuit. The pulse adder circuit combines the falling output terminal and the rising output terminals of the plurality of direction detection circuits into one falling output terminal and one rising output terminal, respectively.
方向検出回路108は、半ブリッジ回路の出力電圧OUTを、耐圧保護回路102を経由して、電圧VOとして受け取る。耐圧保護回路102は半ブリッジ回路のパワー供給用の電源VMの電源電圧が駆動方向判別回路100の電源より高い事を想定して設けた耐圧保護用クランプ回路である。その出力電圧VOは、出力電圧OUTが、あるクランプ電圧(VLIM−VGS)より低ければ、出力電圧VOほぼOUT電圧と等しく、出力電圧OUTが、クランプ電圧以上になれば、出力電圧VOはVLIM−VGSとなる。
The direction detection circuit 108 receives the output voltage OUT of the half bridge circuit as the voltage VO via the withstand voltage protection circuit 102. The withstand voltage protection circuit 102 is a withstand voltage protection clamp circuit provided on the assumption that the power supply voltage of the power supply VM for power supply of the half-bridge circuit is higher than the power supply of the drive
方向検出回路108は、駆動信号がHレベルの時であって、出力電圧VOがヒステリシス・コンパレータ104の閾値電圧VthHを超えた時点から、上側駆動信号GUDの反転した極性信号である方向検出信号LDを出力する。
The direction detection circuit 108 is a direction detection signal LD that is a polarity signal obtained by inverting the upper drive signal GUD from the time when the output voltage VO exceeds the threshold voltage VthH of the
また方向検出回路108は、駆動信号がLレベルの時であって、出力電圧VOがヒステリシス・コンパレータ104の閾値電圧VthLより下がった時点から、下側駆動信号GLDの極性信号である方向検出信号HDを出力する。
方向検出回路が方向検出信号HD、LDを上述のように出力動作することにより、半ブリッジ回路の出力端子OUTが負荷電流をソース出力しているか、シンク入力しているのかを判断できる。
The direction detection circuit 108 is a direction detection signal HD that is a polarity signal of the lower drive signal GLD when the drive signal is at the L level and the output voltage VO is lower than the threshold voltage VthL of the
When the direction detection circuit outputs the direction detection signals HD and LD as described above, it can be determined whether the output terminal OUT of the half-bridge circuit outputs the load current as a source or a sink.
この事を説明しているのが図11のタイミング波形図である。図11の左側半分は、負荷電流がOUT端子にシンク入力されている場合、図11の右側半分は負荷電流がOUT端子からソース出力されている場合を示している。図10に示す負荷電流(1)(図面では丸1で示す。以下同様。)、(2)、(3)、(4)の各々の場合における駆動信号、上側駆動信号GUD、下側駆動信号GLD、トランジスタT1のゲート電圧GU−OUT、トランジスタT2のゲート電圧GL、出力電圧OUT(VO)は図11に区分けされて図示されている。
The timing waveform diagram of FIG. 11 explains this. The left half of FIG. 11 shows the case where the load current is sinked into the OUT terminal, and the right half of FIG. 11 shows the case where the load current is sourced from the OUT terminal. The load signal (1) shown in FIG. 10 (indicated by a
これらの波形のタイミング図と上述の方向検出回路108の動作説明から、方向信号LDおよびHDがLレベルからHレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにシンク入力され、方向信号LDおよびHDがHレベルからLレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにソース入力されていることが判別できる。 From the timing chart of these waveforms and the explanation of the operation of the direction detection circuit 108 described above, when the direction signals LD and HD transition from L level to H level, the load current is sinked to the output terminal OUT of the half-bridge circuit, and the direction signal If LD and HD transition from the H level to the L level, it can be determined that the load current is input to the output terminal OUT of the half-bridge circuit.
なお方向信号LDは半ブリッジ回路の出力OUTの立ち上がり時の方向検出信号であり、方向信号HDは半ブリッジ回路の出力OUTの立ち下がり時の方向検出信号である。この事は、方向検出回路108が2つの方向検出回路持っていることを意味している。そして、この2つの方向検出回路は時系列的に異なった時間に負荷電流の方向検出をしている事になる。 The direction signal LD is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit rises, and the direction signal HD is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit falls. This means that the direction detection circuit 108 has two direction detection circuits. The two direction detection circuits detect the direction of the load current at different times in time series.
第2の実施形態の駆動方向判別回路100は2つの検出回路信号LDとHDの各信号の極性が変わった時に適時に処理をして方向信号DIRを出力する必要がある。
The drive
微分パルス回路とパルス加算回路とSR_フリップフロップを図10に図示されたように構成することで、2つの検出回路信号LDとHDの各信号の極性が変わった時に適時に処理をして方向信号DIRを出力できるようになる。 The differential pulse circuit, the pulse addition circuit, and the SR_ flip-flop are configured as shown in FIG. 10, so that the direction signal is processed in a timely manner when the polarities of the two detection circuit signals LD and HD change. DIR can be output.
結果として、第1の実施形態の駆動回路と駆動方向判別回路100を用いた半ブリッジ回路では、半ブリッジ回路の負荷がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であって、いかなるタイミングでこの誘導性負荷の負荷電流の方向が切り替っても、適時に負荷電流の方向を検出することができ、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に設定し、且つ、シュート・スルー(貫通状態)を防止することが可能となる。
As a result, in the half bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
(第3の実施形態)
図12は第1の実施形態の駆動回路と第2の実施形態の駆動方向判別回路100を一部修正した駆動方向判別回路200を用いた第3の実施形態の構成図である。以下に、この第3の実施形態の動作説明をする。
図12の第3の実施形態は第1の実施形態と第2の実施形態を合わせたものである。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a configuration diagram of the third embodiment using a driving
The third embodiment in FIG. 12 is a combination of the first embodiment and the second embodiment.
第2の実施形態との違いは第3の実施形態での駆動方向判別回路200にある。駆動方向判別回路200は、負荷スイッチ7を制御する切替手段8あるいは負荷の状況に応じて設置される遅延回路9からの出力信号を受ける微分パルス回路202を更に有し、方向信号DIRを出力する。
The difference from the second embodiment is in the driving
微分パルス回路202は、切替手段8あるいは遅延回路9の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジに応じて、あるパルス幅を有するセットパルスS_EXとリセットパルスR_EXを出力する。
The differential pulse circuit 202 outputs a set pulse S_EX and a reset pulse R_EX having a certain pulse width according to the rising edge and falling edge of the output signal of the switching means 8 or the
微分パルス回路110,112からのセットパルス信号群とリセットパルス信号群に加え、微分パルス回路202からのパルス信号S_EXとR_EXを、パルス加算回路114とSR_フリップフロップ116に与え、波形成形をして方向信号DIRを生成する。
In addition to the set pulse signal group and the reset pulse signal group from the differential pulse circuits 110 and 112, the pulse signals S_EX and R_EX from the differential pulse circuit 202 are supplied to the pulse addition circuit 114 and the SR_ flip-
結果として、半ブリッジ回路の出力端子OUTの出力電圧と駆動信号と上側駆動信号GUDと下側駆動信号GLDに加え、切替手段8の制御信号を加えて駆動方向を判別した事により、駆動方向判別回路200は駆動方向判別回路100に比べより高い確度で方向信号DIRを出力できるようになる。
As a result, the drive direction is discriminated by adding the control signal of the switching means 8 in addition to the output voltage of the output terminal OUT of the half-bridge circuit, the drive signal, the upper drive signal GUD, and the lower drive signal GLD. The
(第4の実施形態)
図13は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いた第4の実施形態の構成図である。以下に、この第4の実施形態の動作説明をする。
図13は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いた半ブリッジ回路を示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a configuration diagram of the fourth embodiment using the drive circuit of the first embodiment and the drive
FIG. 13 shows a half-bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
半ブリッジ回路の構成は図9に示された第2の実施形態の半ブリッジ回路とほぼ同じで、相違点は駆動方向判別回路100が第3の実施形態の駆動方向判別回路300に置き換わった点である。
この半ブリッジ回路は第2の実施形態で述べたものとほぼ同じなので、駆動方向判別回路300の動作についてのみ説明をする。
The configuration of the half-bridge circuit is almost the same as the half-bridge circuit of the second embodiment shown in FIG. 9, and the difference is that the drive
Since this half-bridge circuit is almost the same as that described in the second embodiment, only the operation of the drive
駆動方向判別回路300は、この半ブリッジ回路の下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLと、下側駆動信号GLDとから、半ブリッジ回路の出力端子OUTに接続される負荷の負荷電流の方向を検出し、その方向極性に応じてHレベルかLレベルの値をとる方向信号DIRを出力する。
The drive
下側駆動回路DLは直接に、また上側駆動回路DUはインバータとレベルシフトを通して方向信号DIRを検知して、駆動回路DL、DUは各々のセレクタによりシンク回路かまたはシンクトランジスタかを選択する。駆動方向判別回路300を半ブリッジ回路に適用することで、半ブリッジ回路の負荷がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であっても、半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に設定し、且つ、シュート・スルー(貫通状態)を防止することが可能となる。
The lower drive circuit DL detects the direction signal DIR directly and the upper drive circuit DU detects the direction signal DIR through an inverter and a level shift, and the drive circuits DL and DU select the sync circuit or the sync transistor by each selector. By applying the driving
次に図14と図15を用いて、第3の実施形態の駆動方向判別回路300の動作を説明する。図14は図13の第4の実施形態の駆動方向判別回路300を詳細に示したブロック図で、図15は図14に示した各信号のタイミング波形図である。
Next, the operation of the drive
第3の実施形態の駆動方向判別回路300は、図10に図示された駆動方向判別回路100と同じく、方向検出回路108’と2つの微分パルス回路110,112とパルス加算回路114とSR_フリップフロップ116とから構成される。駆動方向判別回路100からの相違点は、方向検出回路108から方向検出回路108’に変わったとこだけである。この事から判るように駆動方向判別回路300の方向信号DIRの出力する方法は駆動方向判別回路100の場合と同じためこの点に関する説明は割愛し、方向検出回路108’について説明する。
The driving
方向検出回路108’は、ヒステリシス・コンパレータ104とLD出力端子とHD出力端子と、下側駆動信号GLDをある時間遅延させる遅延回路107を有している。
The direction detection circuit 108 'includes a
また方向検出回路108’のLD出力端子は、下側駆動信号GLDをある時間遅延させた遅延信号GLD2の立ち下りエッジを検出した時に、下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLがヒステリシス・コンパレータ104の閾値電圧VthLより高い場合は、Hレベルを出力し、下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLが閾値電圧VthLより低い場合は、Lレベルを出力する。
The LD output terminal of the direction detection circuit 108 ′ detects the falling edge of the
また方向検出回路108’のHD出力端子は、下側駆動信号GLDをある時間遅延させた遅延信号GLD2の立ち上りエッジを検出した時に、下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLがヒステリシス・コンパレータ104の閾値電圧VthHより高い場合は、Lレベルを出力し、下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLが閾値電圧VthHより低い場合は、Hレベルを出力する。
Further, the HD output terminal of the direction detection circuit 108 ′ detects that the rising edge of the
方向検出回路108’が方向検出信号HD、LDを上述のように出力動作することにより、半ブリッジ回路の出力端子OUTが負荷電流をソース出力しているか、シンク入力しているのかを判断できる。 The direction detection circuit 108 ′ operates to output the direction detection signals HD and LD as described above, so that it can be determined whether the output terminal OUT of the half bridge circuit outputs the load current as a source or a sink.
この事を説明しているのが図15のタイミング波形図である。図15の左側半分は、負荷電流がOUT端子にシンク入力されている場合、図15の右側半分は負荷電流がOUT端子からソース出力されている場合を示している。図14に示す負荷電流(1)、(2)、(3)、(4)の各々の場合においての駆動信号、上側駆動信号GUD、下側駆動信号GLD、トランジスタT1のゲート電圧GU−OUT、トランジスタT2のゲート電圧GL、出力電圧OUT(VO)は図15に区分けされて図示されている。 This is illustrated in the timing waveform diagram of FIG. The left half of FIG. 15 shows the case where the load current is sinked into the OUT terminal, and the right half of FIG. 15 shows the case where the load current is sourced from the OUT terminal. The drive signal, the upper drive signal GUD, the lower drive signal GLD, the gate voltage GU-OUT of the transistor T1, in each of the load currents (1), (2), (3), and (4) shown in FIG. The gate voltage GL and the output voltage OUT (VO) of the transistor T2 are divided and illustrated in FIG.
これらの波形のタイミング図と上述の方向検出回路108’の動作説明から、方向信号LDおよびHDがLレベルからHレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにシンク入力され、方向信号LDおよびHDがHレベルからLレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにソース入力されていることが判別できる。 From the timing charts of these waveforms and the operation description of the direction detection circuit 108 ′ described above, if the direction signals LD and HD transition from L level to H level, the load current is sinked to the output terminal OUT of the half-bridge circuit, and the direction If the signals LD and HD transition from the H level to the L level, it can be determined that the load current is input to the output terminal OUT of the half-bridge circuit.
なお方向信号LDは半ブリッジ回路の出力OUTの立ち上がり時の方向検出信号であり、方向信号HDは半ブリッジ回路の出力OUTの立ち下がり時の方向検出信号である。この事は、方向検出回路108’が2つの方向検出回路持っていることを意味している。そして、この2つの方向検出回路は時系列的に異なった時間に負荷電流の方向検出をしている事になる。 The direction signal LD is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit rises, and the direction signal HD is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit falls. This means that the direction detection circuit 108 'has two direction detection circuits. The two direction detection circuits detect the direction of the load current at different times in time series.
なお、微分パルス回路とパルス加算回路とSR_フリップフロップの目的と動作は前述の第2の実施形態で述べたので、ここではその説明を割愛する。 The purpose and operation of the differential pulse circuit, the pulse addition circuit, and the SR_ flip-flop have been described in the second embodiment, and will not be described here.
結果として、第1の実施形態の駆動回路と駆動方向判別回路300を用いた半ブリッジ回路では、
半ブリッジ回路の負荷がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であって、いかなるタイミングでこの誘導性負荷の負荷電流の方向が切り替っても、適時に負荷電流の方向を検出することができ、
半ブリッジ回路の出力電圧のスルーレートを適切な値に設定し、且つ、シュート・スルー(貫通状態)を防止することが可能となる。
As a result, in the half-bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
The load of the half-bridge circuit is an inductive load having an inductor component, etc., and the direction of the load current can be detected in a timely manner regardless of the load current direction of the inductive load at any timing.
It is possible to set the slew rate of the output voltage of the half-bridge circuit to an appropriate value and prevent shoot-through (through state).
(第5の実施形態)
図16は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を一部修正した駆動方向判別回路400を用いた第5の実施形態の構成図である。以下に、この第5の実施形態の動作説明をする。
図16の第5の実施形態は第1の実施形態と第4の実施形態を合わせたものである。
(Fifth embodiment)
FIG. 16 is a configuration diagram of the fifth embodiment using a driving
The fifth embodiment in FIG. 16 is a combination of the first embodiment and the fourth embodiment.
第4の実施形態との違いは第5の実施形態での駆動方向判別回路400にある。駆動方向判別回路400は、負荷スイッチを制御する切替手段あるいは負荷の状況に応じて設置される遅延回路からの出力信号を受ける微分パルス回路202を更に有し、方向信号DIRを出力する。
The difference from the fourth embodiment resides in the drive
微分パルス回路202は、切替手段8あるいは遅延回路9の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジに応じて、あるパルス幅を有するセットパルスS_EXとリセットパルスR_EXを出力する。
The differential pulse circuit 202 outputs a set pulse S_EX and a reset pulse R_EX having a certain pulse width according to the rising edge and falling edge of the output signal of the switching means 8 or the
微分パルス回路110,112からのセットパルス信号群とリセットパルス信号群に加え、微分パルス回路202からのパルス信号S_EXとR_EXを、パルス加算回路114とSR_フリップフロップ116に与え、波形成形をして方向信号DIRを生成する。
In addition to the set pulse signal group and the reset pulse signal group from the differential pulse circuits 110 and 112, the pulse signals S_EX and R_EX from the differential pulse circuit 202 are supplied to the pulse addition circuit 114 and the SR_ flip-
結果として、半ブリッジ回路の下側トランジスタT2のゲート端子電圧GLと下側駆動信号GLDに加え切替手段8の制御信号を加えて駆動方向を判別した事により、駆動方向判別回路400は駆動方向判別回路300に比べより高い確度で方向信号DIRを出力できるようになる。
As a result, the drive
(第6の実施形態)
図17は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を小修正した駆動方向判別回路300Hを用いた第6の実施形態の構成図である。以下に、この第6の実施形態の動作説明をする。
図17は本発明の第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300及び駆動方向判別回路300Hを用いた半ブリッジ回路を示す。
(Sixth embodiment)
FIG. 17 shows a sixth example using a driving
FIG. 17 shows a half-bridge circuit using the driving circuit of the first embodiment of the present invention and the driving
半ブリッジ回路は:オフ期間中にその制御端子に容量性の電流が流れる2個のパワーMOSFETトランジスタなどのスイッチングデバイスT1とT2と;トランジスタT1とT2を駆動する2個の駆動回路DUとDLと;この半ブリッジ回路を駆動する駆動信号を信号処理して上側トランジスタT1を駆動する上側駆動回路DUへ入力される上側駆動信号GUDと下側トランジスタT2を駆動する下側駆動回路DLへ入力される下側駆動信号GLDとを生成する駆動制御回路5と;上側駆動回路DUへGUD信号を伝達するレベルシフト6と、半ブリッジ出力回路の出力端子OUTに接続される負荷11の他端を電源VMに接続するかGNDに接続を切替えるための負荷スイッチ7と;負荷スイッチ7の切り替えを制御する切替手段8と;駆動方向判別回路300と;駆動方向判別回路300Hとで構成される。
The half-bridge circuit: switching devices T1 and T2 such as two power MOSFET transistors in which capacitive current flows through its control terminal during the off period; two drive circuits DU and DL that drive the transistors T1 and T2 A signal for processing the drive signal for driving the half-bridge circuit is input to the upper drive circuit DU for driving the upper transistor T1 and the lower drive circuit DL for driving the lower transistor T2. A
第6の実施形態の半ブリッジ回路は、前述の第4の実施形態で述べたものとほぼ同じ構成を有するが、第4の実施形態との違いは駆動方向判別回路300Hを設けたことにある。
The half-bridge circuit of the sixth embodiment has almost the same configuration as that described in the fourth embodiment, but the difference from the fourth embodiment is that a drive
駆動方向判別回路300Hは半ブリッジ回路の上側駆動回路DU専用の駆動方向判別回路となっていて、駆動方向判別回路300Hの出力の方向信号DIR_Hはレベルシフト6を介さず、直接に上側駆動回路DUのセレクタ34を制御することができる。
この構成により、レベルシフト6の回路構成上の負担を減らす事ができる。
The drive
With this configuration, the load on the circuit configuration of the
次に図18と図19を用いて、駆動方向判別回路300Hの動作を説明する。図18は図17の第6の実施形態の図から駆動方向判別回路300H及び駆動方向判別回路300を詳細に図示させたブロック図で、図19は図18に図示された各信号のタイミング波形図である。
Next, the operation of the drive
第3の実施形態における駆動方向判別回路300の説明は、第4の実施形態のところで説明したので、
この点に関する説明は割愛する。
Since the description of the drive
I will omit the explanation on this point.
駆動方向判別回路300Hの駆動方向判別回路300との相違点は以下の2点にある。
The driving
(1) 図17、図18に図示されているように駆動方向判別回路300Hの低電源側の電位は半ブリッジ回路の接地電位GNDではなく、半ブリッジ回路の出力端子電圧OUTとしている。
(2) 図18に図示されているように方向検出回路の各信号極性が駆動方向判別回路300の方向検出回路のものとは異なる。
(1) As shown in FIGS. 17 and 18, the potential on the low power supply side of the drive
(2) As shown in FIG. 18, each signal polarity of the direction detection circuit is different from that of the direction detection circuit of the drive
上記(1)の構成により、駆動方向判別回路300Hの方向信号DIRは、レベルシフト6を経由せず、直接に上側駆動回路DUへ伝達できるようになる。またこの事の為に、上記(2)のように方向検出回路の各信号の極性を変更する必要が生じた。
With the configuration (1), the direction signal DIR of the drive
図18に図示されているように、駆動方向判別回路300Hの方向検出回路2Hの回路構成は駆動方向判別回路300の方向検出回路2のものとほぼ同じだが、各信号の極性が微妙に異なる。
その為に方向検出回路108’Hの方向検出の動作が方向検出回路108のものと異なる。
As shown in FIG. 18, the circuit configuration of the direction detection circuit 2H of the drive
Therefore, the direction detection operation of the direction detection circuit 108′H is different from that of the direction detection circuit 108.
図18と図19に図示されているように、方向検出回路108‘HのLD_H出力端子は、
上駆動信号GUDのレベルシフト6を通過後の信号GUHをある時間遅延させた遅延信号
GUD2Hの立ち上りエッジを検出した時に、
上側トランジスタT1のゲート端子電圧GU−OUTが方向検出回路108’Hに含まれるヒステリシス・コンパレータ104の閾値電圧VthHより高い場合は、Lレベルを出力し、上側トランジスタT1のゲート端子電圧GU−OUTが閾値電圧VthHより低い場合は、Hレベルを出力する。
As shown in FIGS. 18 and 19, the LD_H output terminal of the direction detection circuit 108′H is
When the rising edge of the delayed signal GUD2H is detected by delaying the signal GUH after passing the
When the gate terminal voltage GU-OUT of the upper transistor T1 is higher than the threshold voltage VthH of the
また方向検出回路108’のHD_H出力端子は、
上駆動信号GLDのレベルシフトを通過後の信号GUHをある時間遅延させた遅延信号
GUD2Hの立ち下りエッジを検出した時に、
上側トランジスタT1のゲート端子電圧GU−OUTがヒステリシス・コンパレータの閾値電圧VthLより低い場合は、Lレベルを出力し、上側トランジスタT1のゲート端子電圧GU−OUTが閾値電圧VthLより高い場合は、Hレベルを出力する。
The HD_H output terminal of the direction detection circuit 108 ′ is
When the falling edge of the delayed signal GUD2H obtained by delaying the signal GUH after passing the level shift of the upper drive signal GLD by a certain time is detected,
When the gate terminal voltage GU-OUT of the upper transistor T1 is lower than the threshold voltage VthL of the hysteresis comparator, the L level is output, and when the gate terminal voltage GU-OUT of the upper transistor T1 is higher than the threshold voltage VthL, the H level is output. Is output.
方向検出回路108’Hが方向検出信号HD_H、LD_Hを上述のように出力動作することにより、半ブリッジ回路の出力端子OUTが負荷電流をソース出力しているか、シンク入力しているのかを判断できる。 As the direction detection circuit 108′H operates to output the direction detection signals HD_H and LD_H as described above, it can be determined whether the output terminal OUT of the half-bridge circuit is outputting the load current as a source or sinking. .
この事を説明しているのが図19のタイミング波形図である。図19の左側半分は、負荷電流がOUT端子にシンク入力されている場合、図19の右側半分は負荷電流がOUT端子からソース出力されている場合を示している。図18に示す負荷電流(1)、(2)、(3)、(4)の各々の場合においての駆動信号、上側駆動信号GUD、下側駆動信号GLD、トランジスタT1のゲート電圧GU−OUT、トランジスタT2のゲート電圧GL、出力電圧OUT(VO)は、図19に区分けされて図示されている。 This is illustrated in the timing waveform diagram of FIG. The left half of FIG. 19 shows the case where the load current is sinked into the OUT terminal, and the right half of FIG. 19 shows the case where the load current is sourced from the OUT terminal. The drive signal, the upper drive signal GUD, the lower drive signal GLD, the gate voltage GU-OUT of the transistor T1, in each of the load currents (1), (2), (3), and (4) shown in FIG. The gate voltage GL and the output voltage OUT (VO) of the transistor T2 are illustrated in FIG.
これらの波形のタイミング図と上述の方向検出回路108’Hの動作説明から、方向信号LD_HおよびHD_HがHレベルからLレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにシンク入力され、方向信号LD_HおよびHD_HがLレベルからHレベルに遷移すれば負荷電流は半ブリッジ回路の出力端子OUTにソース入力されていることが判別できる。
なお方向信号LD_Hは半ブリッジ回路の出力OUTが立ち上がる時の方向検出信号であり、方向信号HD_Hは半ブリッジ回路の出力OUTが立ち下がる時の方向検出信号である。
From the timing diagrams of these waveforms and the operation description of the direction detection circuit 108′H described above, if the direction signals LD_H and HD_H transition from the H level to the L level, the load current is sunk input to the output terminal OUT of the half-bridge circuit, If the direction signals LD_H and HD_H transition from the L level to the H level, it can be determined that the load current is input to the output terminal OUT of the half-bridge circuit.
The direction signal LD_H is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit rises, and the direction signal HD_H is a direction detection signal when the output OUT of the half-bridge circuit falls.
この方向検出回路108’Hは半ブリッジ回路の出力OUTの立ち上がりと立ち下り2つの遷移状態で負荷電流の方向を検出できる。 This direction detection circuit 108'H can detect the direction of the load current in two transition states, rising and falling, of the output OUT of the half-bridge circuit.
(第7の実施形態)
図20に示す第7の実施形態は第1の実施形態の駆動回路を用いてHブリッジ回路を構成した場合の実施例である。以下に、この第7の実施形態の動作説明をする。
図20に第1の実施形態の駆動回路を用いたHブリッジ回路を示す。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment shown in FIG. 20 is an example in which an H-bridge circuit is configured using the drive circuit of the first embodiment. The operation of the seventh embodiment will be described below.
FIG. 20 shows an H-bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment.
Hブリッジ回路は2つあり、それを1つのペアとして負荷11を駆動する回路である。これら2つの回路をフォワード側回路50とリバース側回路60と呼ぶ。
Hブリッジ回路で駆動される負荷11はフォワード側回路50の出力端子FOUTとリバース側回路60の出力端子ROUTとの間に挿入される。
フォワード側回路50とリバース側回路60は同じものであり、それぞれの回路は半ブリッジ回路で構成される。以下に半ブリッジ回路の構成を説明するが、フォワード側とリバース側とは同じものため、便宜上フォワード側の半ブリッジ回路について説明をする。
There are two H bridge circuits, and the
The
The forward side circuit 50 and the reverse side circuit 60 are the same, and each circuit is constituted by a half-bridge circuit. The configuration of the half-bridge circuit will be described below. Since the forward side and the reverse side are the same, the forward-side half bridge circuit will be described for convenience.
このフォワード側半ブリッジ回路50は:オフ期間中にその制御端子に容量性の電流が流れる2個のパワーMOSFETトランジスタなどのスイッチングデバイスT1とT2と;トランジスタT1とT2をそれぞれ駆動する駆動回路FDUとFDLと;この半ブリッジ回路を駆動する駆動信号を信号処理して上側トランジスタT1を駆動する上側駆動回路FDUへ入力される上側駆動信号FGUDと下側トランジスタT2を駆動する下側駆動回路FDLへ入力される下側駆動信号FGLDとを生成する駆動制御回路5と;上側駆動回路FDUへFGUD信号を伝達するレベルシフト6と;上側駆動回路FDUのセレクタの入力信号と下側駆動回路FDLのセレクタの入力信号との極性を反転させるインバータ10とで、構成される。
This forward-side half-bridge circuit 50 includes: switching devices T1 and T2 such as two power MOSFET transistors in which capacitive current flows through the control terminal during the off period; and a drive circuit FDU that drives the transistors T1 and T2, respectively. FDL; an input to the upper drive signal FGUD that is input to the upper drive circuit FDU that drives the upper transistor T1 by signal processing the drive signal that drives the half-bridge circuit, and an input to the lower drive circuit FDL that drives the lower transistor T2 A
そしてHブリッジ回路は:上述の構成の2つの半ブリッジ回路50,60と;出力端子FOUTとROUTとの間にされる負荷11の駆動方向を判別するための入力信号方向判別回路70とで、構成される。
The H-bridge circuit includes: two half-bridge circuits 50 and 60 configured as described above; and an input signal
入力信号方向判別回路70は、Hブリッジ回路の2つの入力信号すなわちフォワード側回路50の駆動信号FDとリバース側回路60の駆動信号RDを検知して、Hブリッジ回路の負荷がフォワード側回路50をソース出力で、リバース側回路60がシンク入力する形で駆動されているか、またはその逆方向に駆動されているか、を判別し、方向信号FDIRとRDIRをフォワード側回路50およびリバース側回路60に、適切な方向信号の極性で出力する。
The input signal
なお、入力信号方向判別回路70の出力端子と各半ブリッジ回路のインバータの入力端子および下側駆動回路のセレクタの入力端子との間には、負荷の種類により、ある適切な遅延時間を有する遅延回路80を設置しても良い。これは、負荷11がインダクター成分等を持つ誘導性負荷であって、負荷駆動方向の切り替え発生時に、負荷電流の流れる方向の切り替わりが負荷駆動方向の切り替えに対して遅れる場合に対応したもので、遅延回路80の遅延時間は負荷のインダクター成分と抵抗成分から適切な遅延時間の値が設定できる。
It should be noted that there is a delay having an appropriate delay time depending on the type of load between the output terminal of the input signal
ただし、遅延回路80だけでは、正確なタイミングで負荷電流の方向がソース出力からシンク入力に切り替わったことがわからないため、負荷電流の方向の切り替わりを判別する方向判別回路を用いて、負荷電流の方向を検出して、それを基にして方向信号DIRを駆動回路DUとDLに送ってもよい。この実施例は別途後述する。
However, since only the
図21A,図21B,図21Cに図20に図示されている入力信号方向判別回路の動作を説明する回路図とタイミング図を示す。図21Bのタイミング図はフォワード側回路50の駆動信号FDとリバース側回路60の駆動信号RDの時間差が入力信号方向判別回路70(図21A)の遅延回路の遅延時間DSより大きい場合を示している。通常DSの値は、Hブリッジ回路が負荷を駆動させるための駆動信号FDとRDとの時間差の最少設定値に比べ、小さい時間値に設定されている。 21A, 21B, and 21C are circuit diagrams and timing diagrams for explaining the operation of the input signal direction discriminating circuit shown in FIG. The timing diagram of FIG. 21B shows a case where the time difference between the drive signal FD of the forward side circuit 50 and the drive signal RD of the reverse side circuit 60 is larger than the delay time DS of the delay circuit of the input signal direction discrimination circuit 70 (FIG. 21A). . Usually, the value of DS is set to a smaller time value than the minimum setting value of the time difference between the drive signals FD and RD for the H bridge circuit to drive the load.
図21B,図21Cのタイミング図を用いて入力信号方向判別回路70の働きを説明する。特に図21Bは、FDとRD時間差がDSより大きい場合を示し、図21Cは、FDとRD時間差がない場合を示す。
The operation of the input signal
フォワード側回路50の駆動信号FDの立ち上がりエッジにより、図21Bでは図示されていないが、Hブリッジ回路のFOUT端子の出力電圧は図11、図15、図19に示されているようにある遅延時間後に立ち上がる。この遅延時間は負荷電流の方向および負荷電流値およびトランジスタT1、T2等の特性ばらつき等で変わる。またリバース側回路60の駆動信号RDの立ち上がりエッジによりHブリッジ回路のROUT端子の出力電圧もFOUT端子出力電圧と同様にある遅延時間後に立ち上がる。 Although not shown in FIG. 21B due to the rising edge of the drive signal FD of the forward side circuit 50, the output voltage of the FOUT terminal of the H bridge circuit has a certain delay time as shown in FIG. 11, FIG. 15, and FIG. Stand up later. This delay time varies depending on the direction of the load current, the load current value, and variations in characteristics of the transistors T1, T2, etc. Further, the output voltage of the ROUT terminal of the H bridge circuit rises after a certain delay time in the same manner as the output voltage of the FOUT terminal by the rising edge of the drive signal RD of the reverse side circuit 60.
図21Bに示されているように駆動信号FDが駆動信号RDに対して先行して立ち上がる場合、FOUT端子電圧がROUT端子電圧に対して先行して立ち上がる為に、負荷電流は、負荷が誘導性負荷でないような一般的な場合では、FOUT端子からROUT端子側へ負荷を経由して流れる。 When the drive signal FD rises ahead of the drive signal RD as shown in FIG. 21B, the load current is inductive because the FOUT terminal voltage rises ahead of the ROUT terminal voltage. In a general case where the load is not a load, the current flows from the FOUT terminal to the ROOT terminal via the load.
この時、入力信号方向判別回路70はフォワード側回路50へは方向信号FDIRをLレベルで出力し、リバース側回路60へは方向信号RDIRをHレベルで出力する。これにより、フォワード側回路50の上側駆動回路FDUのセレクタ34はシンク回路33が選択され動作し、下側駆動回路FDLのセレクタ44はシンクトランジスタM2が選択され動作するようになる。同様にリバース側回路60の上側駆動回路RDUのセレクタはシンクトランジスタM1が選択され動作し、下側駆動回路RDLのセレクタはシンク回路が選択され動作するようになる。
At this time, the input signal
フォワード側回路50の上側駆動回路FDUと下側駆動回路FDLの回路動作、およびリバース側回路60の上側駆動回路RDUと下側駆動回路RDLの回路動作は、負荷電流に方向に対して適切な動作である。従って入力信号方向判別回路70は、適切な方向信号FDIRとRDIRを出力した事により、Hブリッジ回路の出力端子FOUTの出力電圧のスルーレートおよび出力端子ROUTの出力電圧のスルーレートを適切な値に設定して電磁障害レベルを最小にすることができ、且つ、トランジスタT1とT2間のシュート・スルー(貫通状態)およびトランジスタT3とT4間のシュート・スルーを防止することができる。
The circuit operation of the upper side drive circuit FDU and the lower side drive circuit FDL of the forward side circuit 50 and the circuit operation of the upper side drive circuit RDU and the lower side drive circuit RDL of the reverse side circuit 60 are operations appropriate to the direction of the load current. It is. Therefore, the input signal
また、フォワード側回路50の駆動信号FDの立ち下がりエッジにより、上述の立ち上がりエッジの場合と同様に、Hブリッジ回路のFOUT端子の出力電圧はある遅延時間後に立ち下がる。この遅延時間は負荷電流の方向および負荷電流値およびトランジスタT1、T2等の特性ばらつきで変わる。またリバース側回路60の駆動信号RDの立ち下がりエッジによりHブリッジ回路のROUT端子の出力電圧もFOUT端子出力電圧と同様にある遅延時間後に立ち下がる。 In addition, due to the falling edge of the drive signal FD of the forward side circuit 50, the output voltage of the FOUT terminal of the H bridge circuit falls after a certain delay time as in the case of the rising edge described above. This delay time varies depending on the direction of the load current, the load current value, and variations in characteristics of the transistors T1, T2, and the like. Further, the output voltage of the ROUT terminal of the H-bridge circuit also falls after a certain delay time like the FOUT terminal output voltage due to the falling edge of the drive signal RD of the reverse side circuit 60.
図21Bに示されているように駆動信号FDが駆動信号RDに対して先行して立ち下がる場合、FOUT端子電圧がROUT端子電圧に対して先行して立ち下がる為に、負荷電流は、負荷が誘導性負荷でないような一般的な場合では、ROUT端子からFOUT端子側へ負荷を経由して流れる。 As shown in FIG. 21B, when the drive signal FD falls before the drive signal RD, the FOUT terminal voltage falls before the ROUT terminal voltage. In a general case where the load is not an inductive load, the current flows from the ROUT terminal to the FOUT terminal via the load.
この時、入力信号方向判別回路70はフォワード側回路50へは方向信号FDIRをHレベルで出力し、リバース側回路60へは方向信号RDIRをLレベルで出力する。これにより、フォワード側回路50の上側駆動回路FDUのセレクタはシンクトランジスタM1が選択され動作し、下側駆動回路FDLのセレクタはシンク回路が選択され動作するようになる。同様にリバース側回路60の上側駆動回路RDUのセレクタはシンク回路が選択され動作し、下側駆動回路RDLのセレクタはシンクトランジスタM2が選択され動作するようになる。
At this time, the input signal
フォワード側回路50の上側駆動回路FDUと下側駆動回路FDLの回路動作、およびリバース側回路60の上側駆動回路RDUと下側駆動回路RDLの回路動作は、負荷電流に方向に対して適切な動作である。従って入力信号方向判別回路70は、適切な方向信号FDIRとRDIRを出力した事により、Hブリッジ回路の出力端子FOUTの出力電圧のスルーレートおよび出力端子ROUTの出力電圧のスルーレートを適切な値に設定して電磁障害レベルを最小にすることができ、且つ、トランジスタT1とT2間のシュート・スルー(貫通状態)およびトランジスタT3とT4間のシュート・スルーを防止することができる。
The circuit operation of the upper side drive circuit FDU and the lower side drive circuit FDL of the forward side circuit 50 and the circuit operation of the upper side drive circuit RDU and the lower side drive circuit RDL of the reverse side circuit 60 are operations appropriate to the direction of the load current. It is. Therefore, the input signal
図21Cのタイミング図はフォワード側回路50の駆動信号FDとリバース側回路60の駆動信号RDの時間差がない場合を示している。この場合、フォワード側回路50の駆動信号FDおよびリバース側回路60の駆動信号RDの立ち上がりエッジで方向信号FDIRとRDIRはともにLレベルとなる。それにより、Hブリッジ回路のフォワード側回路50とリバース側回路60の各上側駆動回路のセレクタはシンク回路を選択し、下側駆動回路のセレクタはシンクトランジスタM2を選択する。また、フォワード側回路50の駆動信号FDおよびリバース側回路60の駆動信号RDの立ち下がりエッジで方向信号FDIRとRDIRはともにHレベルとなる。それにより、Hブリッジ回路のフォワード側回路50とリバース側回路60の各上側駆動回路のセレクタはシンクトランジスタM1を選択し、下側駆動回路のセレクタはシンク回路を選択する。 The timing chart of FIG. 21C shows a case where there is no time difference between the drive signal FD of the forward circuit 50 and the drive signal RD of the reverse circuit 60. In this case, the direction signals FDIR and RDIR both become L level at the rising edges of the drive signal FD of the forward side circuit 50 and the drive signal RD of the reverse side circuit 60. Thereby, the selectors of the upper drive circuits of the forward side circuit 50 and the reverse side circuit 60 of the H bridge circuit select the sink circuit, and the selectors of the lower side drive circuit select the sink transistor M2. Further, the direction signals FDIR and RDIR both become H level at the falling edges of the drive signal FD of the forward side circuit 50 and the drive signal RD of the reverse side circuit 60. Thereby, the selectors of the upper drive circuits of the forward side circuit 50 and the reverse side circuit 60 of the H bridge circuit select the sink transistor M1, and the selectors of the lower side drive circuit select the sink circuit.
これらの動作により、入力信号方向判別回路70は、フォワード側回路50の駆動信号FDとリバース側回路60の駆動信号RDの時間差がない場合においても、Hブリッジ回路の出力端子FOUTの出力電圧のスルーレートおよび出力端子ROUTの出力電圧のスルーレートを適切な値に設定でき電磁障害レベルを最小にすることができ、且つ、トランジスタT1とT2間のシュート・スルー(貫通状態)およびトランジスタT3とT4間のシュート・スルーを防止することが可能となる。
With these operations, the input signal
なお、図20に図示したHブリッジ回路の入力信号方向判別回路70を図22A,図22B,図22Cに図示した回路構成の入力信号方向判別回路70’におきかえても良い。特に図22Bは、FDとRD時間差がDSより大きい場合を示し、図22Cは、FDとRD時間差がない場合を示す。
The input signal
この入力信号方向判別回路70’を用いてもフォワード側回路50の駆動信号FDとリバース側回路60の駆動信号RDの時間差が遅延時間DSより大きい場合の効果及び作用は図21A,図21B,図21Cに図示した入力信号方向判別回路70のものと同じである。ただし、駆動信号FDと駆動信号RDの時間差がない場は方向信号FDIRとRDIRの極性が図21A,図21B,図21Cのものとは異なる。
Even when this input signal direction discriminating circuit 70 'is used, the effects and operations when the time difference between the drive signal FD of the forward side circuit 50 and the drive signal RD of the reverse side circuit 60 is larger than the delay time DS are shown in FIGS. This is the same as that of the input signal
なお、この第7の実施形態では、第1の実施形態の駆動回路をHブリッジ回路に適用していたが、駆動回路を図32と図33に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路に応用しても良い。これらのインバータへの応用は、図20のHブリッジ回路の構成図から容易に想像し理解できる為その説明は割愛し、ここでは、3相インバータの場合の入力信号方向判別回路の構成図例を図23A,図23Bと図24に図示するにとどめるだけにする。図23A,図23Bは3相インバータの入力信号方向判別回路の構成図例とタイミング図を示している。このタイミング図では、3相インバータ回路のU相の駆動信号UDとV相の駆動信号VDとW相の駆動信号WDから、各相の方向信号UDIRとVDIRとWDIRとがどのように出力されるかを図示し説明している。 In the seventh embodiment, the drive circuit of the first embodiment is applied to the H-bridge circuit. However, the drive circuit is applied to the three-phase inverter circuit or the multi-phase inverter circuit shown in FIGS. 32 and 33. It may be applied. The application to these inverters can be easily imagined and understood from the configuration diagram of the H-bridge circuit in FIG. 20, and the description thereof will be omitted. Here, a configuration diagram example of an input signal direction determination circuit in the case of a three-phase inverter is shown. Only those shown in FIGS. 23A, 23B and 24 are shown. FIG. 23A and FIG. 23B show an example of a configuration diagram and a timing diagram of an input signal direction discrimination circuit of a three-phase inverter. In this timing diagram, how the direction signals UDIR, VDIR, and WDIR of each phase are output from the U-phase drive signal UD, the V-phase drive signal VD, and the W-phase drive signal WD of the three-phase inverter circuit. This is illustrated and described.
このタイミング図の駆動信号UD、VD、WDの関係から、各信号の立ち上がりエッジ時は、各相の方向信号UDIRとVDIRとWDIRは、U相が負荷電流をソース出力し、V相とW相は負荷電流をシンク入力している状態を、各相の半ブリッジ回路の駆動回路に設定させている。 From the relationship between the drive signals UD, VD, and WD in this timing diagram, at the rising edge of each signal, the direction signal UDIR, VDIR, and WDIR of each phase is such that the U phase sources the load current, and the V phase and W phase. Makes the drive circuit of the half-bridge circuit of each phase set the state of sinking the load current.
また各信号の立ち下がりエッジ時は、各相の方向信号UDIRとVDIRとWDIRは、V相が負荷電流をソース出力し、U相とW相は負荷電流をシンク入力している状態を、各相の半ブリッジ回路の駆動回路に設定させている。また図24に別の3相インバータの入力信号方向判別回路の構成図例を図示する。これは図22AのHブリッジ回路のものを3相用に応用したものである。 At the falling edge of each signal, the direction signals UDIR, VDIR, and WDIR of each phase indicate that the V phase is the source output of the load current, and the U phase and the W phase are sinking the load current. The drive circuit of the half-bridge circuit of the phase is set. FIG. 24 shows an example of the configuration of an input signal direction discrimination circuit of another three-phase inverter. This is an application of the H-bridge circuit of FIG. 22A for three phases.
これらの方向信号の方向設定は、負荷がインダクター成分のない抵抗負荷の場合では、正しい設定となっている。しかしながら、インダクター成分のある誘導性負荷や誘起電圧を発生するモータ負荷の場合には、各相の負荷電流の流れが各相の出力電圧と一致せず、これらの方向信号の方向設定は各相の負荷電流に対して正しい設定となっていない。 The direction setting of these direction signals is correct when the load is a resistive load having no inductor component. However, in the case of an inductive load with an inductor component or a motor load that generates an induced voltage, the flow of the load current of each phase does not match the output voltage of each phase, and the direction setting of these direction signals is The setting is not correct for the load current.
インバータの負荷がインダクター成分のある誘導性負荷や誘起電圧を発生するモータ負荷の場合にも適切に各相の負荷電流の方向を検出し、方向信号を各相の半ブリッジ回路の駆動回路のセレクタに送る駆動方向判別回路を用いたHブリッジ回路の実施例を後述する。このHブリッジ回路の実施例の考えはそのまま3相インバータまたは多相インバータにも展開できる。 Even when the inverter load is an inductive load with an inductor component or a motor load that generates an induced voltage, the direction of the load current of each phase is properly detected, and the direction signal is sent to the selector of the half-bridge circuit drive circuit. An embodiment of an H-bridge circuit using a drive direction discrimination circuit that is sent to the circuit will be described later. The idea of the embodiment of the H-bridge circuit can be applied to a three-phase inverter or a multi-phase inverter as it is.
(第8の実施形態)
図25に示す第8の実施形態は、第1の実施形態の駆動回路と第2の実施形態の駆動方向判別回路100を用いた半ブリッジ回路を2組用いてHブリッジ回路を構成した場合の実施例である。
このHブリッジ回路の動作原理は第2の実施形態の駆動回路と第2の実施形態の駆動方向判別回路100を用いた半ブリッジ回路のものと同じなので、この実施例の動作に関する説明は割愛する。
(Eighth embodiment)
In the eighth embodiment shown in FIG. 25, an H bridge circuit is configured by using two sets of half bridge circuits using the drive circuit of the first embodiment and the drive
Since the operation principle of this H-bridge circuit is the same as that of the half-bridge circuit using the drive circuit of the second embodiment and the drive
なお、第8の実施形態は、第1の実施形態の駆動回路と第2の実施形態の駆動方向判別回路100を用いたHブリッジ回路としたが、第8の実施形態としてはHブリッジ回路でなく図34と図35に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路としても良い。
The eighth embodiment is an H bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
また図26に同じく、第1の実施形態の駆動回路と第2の実施形態の駆動方向判別回路100を用いたHブリッジ回路を構成した実施例を図示する。これは図25のHブリッジ回路からリバース側回路の半ブリッジ回路の駆動方向判別回路100を削除したものである。Hブリッジ回路の場合、半ブリッジ回路が2相しかなく、1相分のフォワード側回路の半ブリッジ回路出力の負荷駆動電流方向が判別できれば、他方のリバース側回路の半ブリッジ回路出力の負荷駆動電流方向が決まってしまうために、リバース側回路の駆動方向判別回路100が削除できる。3相インバータ回路または多相インバータ回路では各相の半ブリッジ回路ごとに駆動方向判別回路100は必要となる。
Similarly to FIG. 26, an example in which an H-bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
(第9の実施形態)
図27に示す第9の実施形態は、第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態で説明した駆動方向判別回路200を用いた半ブリッジ回路を2組用い、そして第7の実施形態で説明した入力信号方向判別回路を用いて、Hブリッジ回路を構成した場合の実施例である。
このHブリッジ回路の動作原理は第3の実施形態の半ブリッジ回路の説明と第7の実施形態のHブリッジ回路の説明とで重複するので、この実施例の動作に関する説明は割愛する。
なお、第9の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態で説明した駆動方向判別回路200を用いたHブリッジ回路としたが、第9の実施形態としてはHブリッジ回路でなく図36と図37に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路としても良い。
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment shown in FIG. 27 uses two sets of half-bridge circuits using the drive circuit of the first embodiment and the drive
Since the operation principle of this H-bridge circuit overlaps with the description of the half-bridge circuit of the third embodiment and the description of the H-bridge circuit of the seventh embodiment, the description of the operation of this example is omitted.
The ninth embodiment is an H bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
(第10の実施形態)
図28に示す第10の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いた半ブリッジ回路を2組用いてHブリッジ回路を構成した場合の実施例である。
このHブリッジ回路の動作原理は第4の実施形態における駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いた半ブリッジ回路のものと同じなので、この実施例の動作に関する説明は割愛する。
なお、第10の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いたHブリッジ回路としたが、第10の実施形態としてはHブリッジ回路でなく図38と図39に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路としても良い。
(Tenth embodiment)
In the tenth embodiment shown in FIG. 28, an H-bridge circuit is configured by using two sets of half-bridge circuits using the drive circuit of the first embodiment and the drive
Since the operating principle of this H-bridge circuit is the same as that of the half-bridge circuit using the driving circuit in the fourth embodiment and the driving
Although the tenth embodiment is an H bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
また図29に同じく、第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300を用いたHブリッジ回路を構成した実施例を図示する。これは図28のHブリッジ回路からリバース側回路の半ブリッジ回路の駆動方向判別回路300を削除したものである。Hブリッジ回路の場合、半ブリッジ回路が2相しかなく、1相分のフォワード側回路の半ブリッジ回路出力の負荷駆動電流方向が判別できれば、他方のリバース側回路の半ブリッジ回路出力の負荷駆動電流方向が決まってしまうために、リバース側回路の駆動方向判別回路100が削除できる。3相インバータ回路または多相インバータ回路では各相の半ブリッジ回路ごとに駆動方向判別回路300は必要となる。
Similarly to FIG. 29, an example in which an H-bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
(第11の実施形態)
図30に示す第11の実施形態は、第1の実施形態の駆動回路と第5の実施形態で説明した駆動方向判別回路400を用いた半ブリッジ回路を2組用い、そして第7の実施形態で説明した入力信号方向判別回路を用いて、Hブリッジ回路を構成した場合の実施例である。
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment shown in FIG. 30 uses two sets of half-bridge circuits using the drive circuit of the first embodiment and the drive
このHブリッジ回路の動作原理は第5の実施形態の半ブリッジ回路の説明と第7の実施形態のHブリッジ回路の説明とで重複するので、この実施例の動作に関する説明は割愛する。 Since the operation principle of this H-bridge circuit overlaps with the description of the half-bridge circuit of the fifth embodiment and the description of the H-bridge circuit of the seventh embodiment, the description of the operation of this example is omitted.
なお、第11の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第5の実施形態で説明した駆動方向判別回路400を用いたHブリッジ回路としたが、第11の実施形態としてはHブリッジ回路でなく図40と図41に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路としても良い。
Although the eleventh embodiment is an H bridge circuit using the drive circuit of the first embodiment and the drive
(第12の実施形態)
図31に示す第12の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300と駆動方向判別回路300Hとを用いた半ブリッジ回路を2組用いてHブリッジ回路を構成した場合の実施例である。
(Twelfth embodiment)
The second embodiment shown in FIG. 31 uses two sets of half-bridge circuits using the drive circuit of the first embodiment, the drive
このHブリッジ回路の動作原理は第6の実施形態の第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300と駆動方向判別回路300Hとを用いた半ブリッジ回路のものと同じなので、この実施例の動作に関する説明は割愛する。
The operating principle of this H-bridge circuit is that of a half-bridge circuit using the driving circuit of the first embodiment of the sixth embodiment, the driving
なお、第12の実施形態は第1の実施形態の駆動回路と第3の実施形態の駆動方向判別回路300および駆動方向判別回路300Hを用いたHブリッジ回路としたが、第12の実施形態としてはHブリッジ回路でなく図42と図43に図示した3相インバータ回路あるいは多相インバータ回路としても良い。
The twelfth embodiment is an H bridge circuit using the driving circuit of the first embodiment, the driving
以上説明したように、本発明は、半導体集積回路装置に搭載される駆動装置は、
スイッチングデバイスのオフ期間中に制御端子に容量性の電流が流れるスイッチングデバイスを駆動するための駆動回路と、この駆動回路が駆動する負荷電流の方向を判別する駆動方向判別回路とを有する。この構成により、2組のスイッチングデバイスと、駆動回路と駆動方向判別回路との組み合わせを用いた半ブリッジ回路は、出力電圧の変化による電磁障害レベルを最適に調整することができ、かつ貫通モード(シュートスルーあるいは誤点孤)を防止でき、スイッチングデバイスで負荷を駆動するのに最適な半ブリッジ回路となる。
As described above, the present invention provides a driving device mounted on a semiconductor integrated circuit device.
It has a drive circuit for driving a switching device in which a capacitive current flows in the control terminal during the OFF period of the switching device, and a drive direction discrimination circuit for discriminating the direction of the load current driven by this drive circuit. With this configuration, a half-bridge circuit that uses a combination of two sets of switching devices and a drive circuit and a drive direction discriminating circuit can optimally adjust the electromagnetic interference level due to the change of the output voltage, and the penetration mode ( This makes it possible to prevent a shoot-through or a false spot), and it is an optimum half-bridge circuit for driving a load with a switching device.
1 上側トランジスタ
2 下側トランジスタ
3 上側駆動回路
4 下側駆動回路
5 駆動制御回路
6 レベルシフト
7 負荷スイッチ
8 切替手段
9 遅延回路
10 インバータ
11 負荷
1
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記スイッチングデバイスをオンまたはオフさせる制御信号を受けるための入力端子と、
前記入力端子の第1レベルまたは第2レベル信号に応じて前記デバイスの前記制御端子に駆動電流をソース出力するソース回路と、
前記入力端子の第2レベルまたは第1レベル信号に応じて前記スイッチングデバイスの前記制御端子に駆動電流をシンク出力するシンク回路と、
前記スイッチングデバイスのオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクする電流シンクトランジスタと、
前記入力端子の信号に応じて前記ソース回路の入力駆動信号と、前記シンク回路あるいは前記シンクトランジスタへの入力駆動信号とを生成するI/F回路と、
前記シンク回路または前記シンクトランジスタへの入力駆動信号を前記シンク回路かあるいは前記シンクトランジスタのどちらに入力駆動信号として出力するかを選択するセレクタと、
この選択動作を制御する前記セレクタへの選択信号を受ける入力端子とを
備えていることを特徴とする駆動回路。 A drive circuit for driving a switching device in which a capacitive current flows through the control terminal during an off period of the switching device having a control terminal,
An input terminal for receiving a control signal for turning on or off the switching device;
A source circuit that sources a drive current to the control terminal of the device in response to a first level or second level signal of the input terminal;
A sink circuit that sinks and outputs a drive current to the control terminal of the switching device in response to a second level or first level signal of the input terminal;
A current sink transistor that sinks capacitive current through the control terminal during the off period of the switching device;
An I / F circuit that generates an input drive signal of the source circuit and an input drive signal to the sink circuit or the sink transistor in accordance with a signal of the input terminal;
A selector that selects whether an input drive signal to the sink circuit or the sink transistor is output as an input drive signal to the sink circuit or the sink transistor;
A drive circuit comprising: an input terminal that receives a selection signal to the selector that controls the selection operation.
前記上側スイッチングデバイス(T1)と下側スイッチングデバイス(T2)をそれぞれ駆動する上側駆動回路(DU)と下側駆動回路(DL)と、
上側スイッチングデバイス(T1)を駆動するため、上側駆動回路(DU)へ入力される上側駆動信号(GUD)を生成すると共に、下側スイッチングデバイス(T2)を駆動するため、下側駆動回路(DL)へ入力される下側駆動信号(GLD)を生成する駆動制御回路と、
上側駆動回路(DU)へ上側駆動信号(GUD)を伝達するレベルシフトと、
負荷への電流方向を切り替える切替手段と、
前記切替手段からの方向信号の極性を反転させるインバータと
を有し、
前記上側駆動回路(DU)は、
前記上側スイッチングデバイス(T1)をオンまたはオフさせる制御信号を受けるための入力端子と、
前記入力端子の第1レベルまたは第2レベル信号に応じて前記上側スイッチングデバイス(T1)の前記制御端子に駆動電流をソース出力する上側ソース回路と、
前記入力端子の第2レベルまたは第1レベル信号に応じて前記上側スイッチングデバイス(T1)の前記制御端子に駆動電流をシンク出力する上側シンク回路と、
前記上側スイッチングデバイス(T1)のオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクする上側シンクトランジスタ(M1)と、
前記入力端子の信号に応じて前記上側ソース回路への第1入力駆動信号を生成すると共に、前記上側シンク回路あるいは前記上側シンクトランジスタ(M1)への第2入力駆動信号とを生成する上側I/F回路と、
前記第2入力駆動信号を、前記インバータからの信号に基づき、前記上側シンク回路または前記上側シンクトランジスタのいずれかに選択供給するセレクタとを有する一方、
前記下側駆動回路(DL)は、
前記下側スイッチングデバイス(T2)をオンまたはオフさせる制御信号を受けるための入力端子と、
前記入力端子の第1レベルまたは第2レベル信号に応じて前記下側スイッチングデバイス(T2)の前記制御端子に駆動電流をソース出力する下側ソース回路と、
前記入力端子の第2レベルまたは第1レベル信号に応じて前記下側スイッチングデバイス(T2)の前記制御端子に駆動電流をシンク出力する下側シンク回路と、
前記下側スイッチングデバイス(T2)のオフ期間中に制御端子を経て容量性の電流をシンクする下側シンクトランジスタ(M2)と、
前記入力端子の信号に応じて前記下側ソース回路への第1入力駆動信号を生成すると共に、前記下側シンク回路あるいは前記下側シンクトランジスタ(M2)への第2入力駆動信号とを生成する下側I/F回路と、
前記第2入力駆動信号を、前記切替手段からの信号に基づき、前記下側シンク回路または前記下側シンクトランジスタのいずれかに選択供給するセレクタと
を有することを特徴とする駆動装置。 An upper switching device (T1) and a lower switching device (T2) for controlling current supply to the load;
An upper drive circuit (DU) and a lower drive circuit (DL) for driving the upper switching device (T1) and the lower switching device (T2), respectively;
In order to drive the upper switching device (T1), an upper drive signal (GUD) to be input to the upper drive circuit (DU) is generated, and a lower drive circuit (DL) is used to drive the lower switching device (T2). A drive control circuit for generating a lower drive signal (GLD) to be input to
A level shift for transmitting the upper drive signal (GUD) to the upper drive circuit (DU);
Switching means for switching the current direction to the load;
An inverter for inverting the polarity of the direction signal from the switching means,
The upper drive circuit (DU)
An input terminal for receiving a control signal for turning on or off the upper switching device (T1);
An upper source circuit that outputs a drive current to the control terminal of the upper switching device (T1) in response to a first level or second level signal of the input terminal;
An upper sink circuit that sinks and outputs a drive current to the control terminal of the upper switching device (T1) in response to a second level or first level signal of the input terminal;
An upper sink transistor (M1) that sinks a capacitive current through a control terminal during an off period of the upper switching device (T1);
A first input drive signal to the upper source circuit is generated in accordance with a signal at the input terminal, and an upper I / O to generate a second input drive signal to the upper sink circuit or the upper sink transistor (M1). F circuit,
A selector that selectively supplies the second input drive signal to either the upper sink circuit or the upper sink transistor based on a signal from the inverter;
The lower drive circuit (DL)
An input terminal for receiving a control signal for turning on or off the lower switching device (T2);
A lower source circuit that sources a drive current to the control terminal of the lower switching device (T2) in response to a first level or second level signal of the input terminal;
A lower sink circuit that sinks and outputs a drive current to the control terminal of the lower switching device (T2) according to a second level or first level signal of the input terminal;
A lower sink transistor (M2) that sinks a capacitive current through a control terminal during an off period of the lower switching device (T2);
A first input drive signal to the lower source circuit is generated according to a signal of the input terminal, and a second input drive signal to the lower sink circuit or the lower sink transistor (M2) is generated. A lower I / F circuit;
And a selector that selectively supplies the second input drive signal to either the lower sink circuit or the lower sink transistor based on a signal from the switching unit.
該駆動方向判別回路は、
前記負荷への出力電圧が所定の閾値電圧を越えているかどうかを検出するヒステリシス・コンパレータと、
前記コンパレータへの出力及び、前記上側駆動信号(GUD)と前記下側駆動信号(GLD)の少なくともいずれか一方を用い、負荷に流れる電流が正方向か、逆方向かを検出して、第1方向検出信号(LD)又は第2方向検出信号(HD)を出力する方向検出回路と、
前記第1方向検出信号(LD)の一方のエッジを検出して第1パルスを出力する一方、第1方向検出信号(LD)の他方のエッジを検出して第2パルスを出力する、第1微分パルス回路と、
前記第2方向検出信号(HD)の一方のエッジを検出して第3パルスを出力する一方、第2方向検出信号(HD)の他方のエッジを検出して第4パルスを出力する、第2微分パルス回路と、
前記第2パルス、第4パルスを第1論理和で一つ出力にまとめると共に、前記第1パルス、第3パルスを第2論理和で一つ出力にまとめるパルス加算回路と、
パルス加算回路の出力を受けてセットまたはリセットするフリップフロップと
を有することを特徴とする請求項5に記載の駆動装置。 Furthermore, it has a drive direction discrimination circuit,
The drive direction discrimination circuit
A hysteresis comparator that detects whether the output voltage to the load exceeds a predetermined threshold voltage;
The output to the comparator and at least one of the upper drive signal (GUD) and the lower drive signal (GLD) are used to detect whether the current flowing through the load is forward or reverse, and A direction detection circuit for outputting a direction detection signal (LD) or a second direction detection signal (HD);
Detecting one edge of the first direction detection signal (LD) and outputting a first pulse, detecting the other edge of the first direction detection signal (LD) and outputting a second pulse; Differential pulse circuit;
Detecting one edge of the second direction detection signal (HD) and outputting a third pulse, while detecting the other edge of the second direction detection signal (HD) and outputting a fourth pulse; Differential pulse circuit;
A pulse addition circuit that combines the second pulse and the fourth pulse into one output with a first logical sum, and combines the first pulse and the third pulse into one output with a second logical sum;
6. The driving device according to claim 5, further comprising a flip-flop that receives or sets an output of the pulse addition circuit.
第5パルスを前記第2論理和に加える一方、第6パルスを前記第1論理和に加えることを特徴とする請求項7に記載の駆動装置。 In addition, there is a third differential pulse circuit that detects an edge in one of the direction signals from the switching means and outputs a fifth pulse, while detecting the other edge of the direction signal and outputs a sixth pulse. And
The driving device according to claim 7, wherein a fifth pulse is added to the second logical sum while a sixth pulse is added to the first logical sum.
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